Способ получения смеси паров сжиженных газов с воздухом с заданными параметрами Российский патент 2022 года по МПК F17C9/04 F02M21/06 

Изобретение относится к области получения газообразного топлива из горючего газа с воздухом и может быть использовано для постоянного газоснабжения населенных пунктов, в качестве резервного топлива на промышленных предприятиях, а также отдельных потребителей (при возникновении аварийных ситуаций) с газоснабжением их от сетей природного газа, а именно при газификации населенных пунктов парами сжиженных газов с воздухом с перспективой перехода на природный сетевой газ.

Известен способ получения газовоздушной смеси единой теплоты сгорания, включающий подающий газопровод, блок измерения расхода газа, блок принудительной подачи воздуха, блок смешения газа с воздухом, блок редуцирования, блок измерения расхода газовоздушной смеси, блок анализа состава газа, газопровод потребителя [А.с .№77649 МПК F02M 21/00].

Горючий газ по подающему газопроводу подается в блок смешения газа с воздухом, параллельно через блок принудительной подачи воздуха в блок смещения подается воздух. Полученная газовоздушная смесь проходит через блок редуцирования и поступает в газопровод для подачи потребителю. На каждом этапе происходит измерение расхода сред, в том числе на выходе контролируется состав газа.

Однако система адаптирована под использование природного газа и применима при высоком входном давлении газа от 1,2 до 1,5 МПа, подаваемом с автоматических газораспределительных станций, что при газоснабжении на сжиженном углеводородном газе невозможно. Подземные резервуары работают в диапазоне давлений от 0,1 до 1,2 МПа, что характерно для коммунально-бытовых потребителей. Схема наиболее применима для предварительного смешения газа с воздухом перед подачей в газогорелочные устройства для исключения этапа смешения непосредственно в горелках потребителя. Применение смешения воздуха по принципу трубки Вентури приводит к невозможности регулирования газопотребления и требует его постоянства, что обуславливает плохую адаптацию схемы под снятие пиковых нагрузок и при минимальном газопотреблении, характерном при газоснабжении сжиженным углеводородным газом.

Известен также способ смешения природного газа с воздухом с добавлением паров пропан-бутана или компримированного искусственного газа для газоснабжения потребителей [Кортунов А.К. Газовая промышленность США [Текст] / А.К. Кортунов, Е.С. Коршунов, П.Л. Кузнецов и др. М., Недра, 1964. с. 190-191].

Получение газовоздушной смеси осуществляется смешением природного газа с воздухом, подаваемом через фильтр и воздухопровод с дроссельной заслонкой для регулирования количества воздуха, подаваемого на смешение. Смесь газа с воздухом из камеры смешения подается в общий газопровод в который, при затруднении с поставками газа в зимний период, компрессорами, подаются пары пропан-бутановой смеси или синтетический газ. Пропан-бутановая смесь отбирается компрессором из наземного газгольдера низкого давления. Параметры получаемой газовоздушной смеси отслеживаются в автоматическом регистраторе теплоты сгорания газа и автоматическом регистраторе плотности газа связанные с дроссельной заслонкой на воздуховоде подачи воздуха.

Недостатком данного способа является невозможность точного контроля требуемых выходных показателей газовоздушной смеси в режиме «реального времени», поэтому достижение постоянной единой теплоты сгорания газовоздушной смеси и ее плотности так же невозможно. Данные недостатки обуславливаются тем, что у схемы прослеживается значительная инерционность работы как системы управления, так и исполнительного устройства в целом.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения смеси паров сжиженных газов с воздухом при использовании сжиженных газов от резервуарных установок [Н.Л. Стаскевич, Д.Я. Вигдорчик. Справочник по сжиженным углеводородным газам. Л. Недра. 1986. с. 482-485].

Способ обобщает два взаимосвязанных процесса: регазификацию сжиженного газа и смешение образовавшихся паров пропан-бутана с воздухом с последующей подачей потребителю.

Блок регазификации СУГ включает наземные резервуары, насосные установки и систему трубопроводов для подачи жидкой фазы газа в испаритель. После испарителя насыщенные пары пропан-бутана проходят через перегреватель и через регуляторы давления, поддерживающие постоянство давления, в инжекторы, где производится смешение паров пропан-бутана с воздухом. Неравномерность газопотребления в течение суток обуславливает применение в схеме 4 инжекторов различной производительности, которые периодически включаются и отключаются в зависимости от изменения количества потребляемого газа.

Для автоматического регулирования производительности установки все инжекторы сблокированы с помощью мембранных клапанов с трубой Вентури и вспомогательного регулятора давления, в котором полученная газовоздушная смесь выравнивает свое давление в регуляторе давления и подается потребителю.

Недостатками данного способа является наличие целого ряда инжекторов для изменения количественных характеристик подачи газовоздушной смеси и контрольно-измерительных приборов, обеспечивающих данный процесс, что увеличивает стоимость получаемой газовоздушной смеси. Применение трубы Вентури приводит к ограниченной возможности регулирования параметров смешиваемых паров пропан бутана и воздуха, которое принимается в рассматриваемой схеме 1:1. Отсутствие блока подготовки воздуха для смешения с газом приводит к присутствию в газовоздушной смеси пылевых примесей и возможному выпадению конденсата в зимний период времени года в трубопроводах подачи воздуха на смешение.

Соотношение газа с воздухом принято в таком диапазоне, что теплота сгорания полученной газовоздушной смеси получается в интервале значений от 47330-911140 кДж/м³, что способствует не полному окислению газа до СО₂ (до 15% объема сжигаемого газа). Таким образом, в составе продуктов сгорания в атмосферу поступают в том числе СО. Не полное сгорание газа в газовоздушной смеси приводит к уменьшению КПД газопотребляющих установок и увеличивает расход топлива.

Задача настоящего изобретения заключается в способе получения смеси паров сжиженных газов с воздухом с заданными параметрами, характеризуемыми составом получаемой смеси, обеспечивающим предварительную подготовку паровой фазы сжиженного газа и воздуха перед смешением.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения смеси паров сжиженных газов с воздухом с заданными параметрами включающем блок регазификации жидкой фазы сжиженного углеводородного газа, осуществляемого искусственным или естественным способом, блок подготовки воздуха, блок подготовки паровой фазы и блок смешения паров сжиженного газа с воздухом осуществляется смешение паров сжиженного газа с воздухом в заданном соотношении с контролем стабильности теплотворной способности получаемой смеси.

Новым является то, что, в способе предусмотрена возможность подготовки паровой фазы сжиженных газов для смешения, которая включает очистку выравнивание и контроль давления, а также попеременную подачу паровой фазы сжиженного газа из блока регазификации жидкой фазы или из подземного резервуара сжиженного газа.

Дополнительно в способе предусмотрена подготовка воздуха для смешения, включающая очистку, выравнивание давления и объема, нагнетание, нагрев. Также процесс смешения осуществляется в пропорционирующем клапане смесеобразования, позволяющем осуществлять смешение в заданном диапазоне соотношений газа от 48 до 52% и воздуха от 52% до 48%.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами:

на Фиг. 1 представлена блок-схема смешения паров сжиженных газов с воздухом,

на Фиг. 2 - блок (А) - блок регазификации жидкой фазы сжиженного углеводородного газа,

на Фиг. 3 - блок (Б) - блок подготовки паровой фазы для смешения,

на Фиг. 4 - блок (В) - блок подготовки воздуха для смешения,

на Фиг. 5 - блок (Г) - смешения паров сжиженного газа с воздухом.

На чертежах (Фиг. 1-5) приняты обозначения: 1 - подземный резервуар, 2 - трубопровод жидкой фазы, 3 - фильтр жидкостный, 4 - терморегулятор, 5 - поплавковый регулятор уровня жидкости, 6 - испаритель, 7 - насос, 8 - фильтр газовый, 9 - узел редуцирования, 10 - предохранительный запорный клапан, 11 - регулятор давления, 12 - предохранительный сбросной клапан, 13 - фильтр воздушный, 14 - компрессор, 15 - ресивер, 16 - регулятор давления, 17 - воздухонагреватель, 18 - трубопровод сжатого воздуха, 19 - трубопровод паровой фазы, 20 - пропорционирующий клапан смесеобразования, 21 - трубопровод газовоздушной смеси к потребителю, 22 - трехходовой смесительный клапан, 23 - многофункциональный клапан отбора паровой фазы, 24 - клапан отбора жидкой фазы.

Способ получения смеси паров сжиженных газов с воздухом с заданными параметрами заключается в следующем.

Жидкая фаза из подземного резервуара (1) по трубопроводу жидкой фазы (2) поступает в блок искусственной регазификации (А) (Фиг. 2), в котором, проходя клапан отбора жидкой фазы (24), настроенный на минимальное давление закрытия 68 кПа, насосом (7) через фильтр (3) подается в испаритель (6), в котором жидкая фаза переходит в газообразное состояние. Контроль температуры жидкой фазы осуществляется терморегулятором (4), уровня заполнения испарителя - поплавковым клапаном (5). Образовавшийся газ направляется в блок подготовки паровой фазы (Б) (Фиг. 3), который включает в себя возможность подготовки газа, полученного в блоке искусственной регазификации (А) и возможность подготовки газа забираемого непосредственно с подземного резервуара (1) над зеркалом испарения, где происходит естественная регазификация газа, через клапан (23), настроенный на минимальное давление паровой фазы 69 КПа. При этом клапан (23) сблокирован на совместный режим работы с клапаном (24). При наличии избыточного давления паровой фазы более 69 кПа, клапан (23) находится в положении открыто и паровая фаза из резервуара (1) поступает на подготовку в блок (Б). Способ осуществляется с использованием естественной регазификации газа. При значениях давления менее 69 кПа, клапан (23) закрывается, открывается клапан (24) на пропуск жидкой фазы в блок (А). Способ осуществляется с применением искусственной регазификации. В блоке (Б) осуществляется очистка газа, идущего на смешение в фильтре (8) и выравнивание давления паровой фазы в блоке редуцирования (9), который оснащен регулятором давления (11) и предохранительным запорным клапаном (10). Контроль давления паровой фазы осуществляется манометрами. В диапазоне давлений 68-69 кПа наблюдается работа обоих клапанов (23) и (24). При этом регулирующим устройством отбора является трехходовой смесительный клапан (22), настроенный по давлению паровой фазы полученной при естественной регазификации. Трехходовой клапан (22) выравнивает давление и расход паровой фазы «после себя» обеспечивая их постоянное значение в трубопроводе паровой фазы. При снижении расхода (давления) паровой фазы в трубопроводе, клапан подмешивает необходимую порцию газа из трубопровода блока подготовки паровой фазы (А). При полном прекращении подачи газа через трубопровод паровой фазы и отсутствии естественной регазификации многофункциональный клапан (23) закрывается, а трехходовой смесительный клапан (22) оставляет открытым только поток газа из трубопровода блока (А).

Подготовленная паровая фаза сжиженного газа с заданным давлением направляется на смешение к блоку (Г). Воздух для смешения с паровой фазой сжиженного газа забирается с улицы и подается в блок (В) (Фиг. 4). Воздух, очищаемый в фильтре (13) компрессором (14) подается в ресивер (15), необходимый для выравнивания давления и объема подаваемого воздуха, откуда проходит через регулятор давления (16) и поступает на нагрев в воздухонагреватель (17), контроль давления воздуха при подготовке отслеживается манометрами, температура сжатого воздуха контролируется термометром. Смешение газа с воздухом осуществляется в блоке (Г), в пропорционирующем клапане смесеобразования (20). Сжатый воздух, подготовленный в блоке (В) и паровая фаза сжиженного газа, подготовленная в блоке (Б) подается в пропорционирующий клапан смесеобразования (20), регулирующего подачу воздуха в зависимости от подачи газа и поддерживающего постоянным коэффициент избытка воздуха в смеси. Воздух, подаваемый к клапану (20), нагнетается компрессором (14) в блоке (В). Пропорционирующий клапан представляет собой устройство цилиндрическим корпусом, в котором расположена мембранная коробка, разделенная на 2 части мембраной. На ее нижнюю часть действует избыточное давление паровой фазы, которая подводится из блока (Б). Давление на мембрану уравновешивается действием рабочей пружины. Перемещение мембраны приводит к изменению площади сечения трубопровода сжатого воздуха, который подается из блока (В). Образовавшуюся смесь контролируют по температуре и давлению и подают в трубопровод (21) к потребителю.

Для возможности применения смеси сжиженных газов с воздухом необходимо обеспечить устойчивость сжигания газов в газоиспользующем оборудовании. Устойчивая работа горелок характеризуется отсутствием проскока и отрыва пламени с учетом полноты его сгорания. Одним из наиболее важных показателей взаимозаменяемости газов является число Воббе. При этом отклонение числа Воббе рекомендуется в пределах 5% от номинального значения.

Число Воббе смеси паров сжиженных газов на основе пропана и бутана с воздухом определяется по формуле:

где - низшая теплота сгорания пропана и бутана соответственно, МДж/м³;

ρ_пр, ρ_б, ρ_в^- - плотности пропана, бутана и воздуха соответственно, кг/м³;

ψ_пр - объемное содержание пропана и бутана в ГВС, %.

Для определения рекомендуемых соотношений газа и воздуха были проведены расчеты. В расчетах принято, что изменение содержания паров сжиженных газов в газовоздушной смеси варьируется от 0 до 100%.

Диапазон рекомендуемых значений содержания газов в газовоздушных смесях, отвечающий требованиям по взаимозаменяемости горючих газов представлен в таблице 1.

Применение способа получения смеси паров сжиженных газов с воздухом с заданными параметрами позволяет создать смесь с заданным содержанием паров сжиженного газа и воздуха.

Изобретение относится к области получения газообразного топлива из горючего газа с воздухом и может быть использовано для постоянного газоснабжения населенных пунктов, в качестве резервного топлива на промышленных предприятиях, а также отдельных потребителей при возникновении аварийных ситуаций с газоснабжением их от сетей природного газа. Способ получения смеси паров сжиженных газов с воздухом с заданным содержанием паров сжиженного газа и воздуха включает регазификацию жидкой фазы сжиженного углеводородного газа, смешение паров сжиженного газа с воздухом, очистку, выравнивание давления и контроль давления паровой фазы в блоке подготовки паровой фазы к смешению. отличающийся тем, что осуществляют подготовку воздуха в блоке подготовки воздуха и трехходовым смесительным клапаном обеспечивают подачу паровой фазы сжиженного газа попеременно из блока искусственной регазификации жидкой фазы сжиженного газа или из подземного резервуара способом естественной регазификации в зависимости от давления паровой фазы. Техническим результатом изобретения является обеспечение стабильности теплотворной способности получаемой смеси. 3 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Способ получения смеси паров сжиженных газов с воздухом с заданным содержанием паров сжиженного газа и воздуха, включающий регазификацию жидкой фазы сжиженного углеводородного газа, смешение паров сжиженного газа с воздухом, очистку, выравнивание давления и контроль давления паровой фазы в блоке подготовки паровой фазы к смешению, отличающийся тем, что осуществляют подготовку воздуха в блоке подготовки воздуха и трехходовым смесительным клапаном обеспечивают подачу паровой фазы сжиженного газа попеременно из блока искусственной регазификации жидкой фазы сжиженного газа или из подземного резервуара способом естественной регазификации в зависимости от давления паровой фазы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обеспечивают выравнивание давления и объема подаваемого воздуха в блоке подготовки воздуха, оснащенном ресивером.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воздух нагревают в воздухонагревателе блока подготовки воздуха с обеспечением стабильной температуры воздуха для смешения и исключением конденсации водяных паров в процессе смешения.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смешение воздуха и паров сжиженного газа осуществляют в пропорциональном клапане смесеобразования.