Способ испарения сжиженного углеводородного газа Советский патент 1993 года по МПК F17C9/02 

У

fe

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.

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

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

Испарение пропан-бутановой смеси осуществляется до значения максимальной промежуточной степени сухости парожидкостной смеси Хмакс.п при соответствующей максимальной температуре Тмакс.п и минимально-достаточном для устойчивой работы установки газификации давлении Рмин.

Испарение жидкой фазы в проточном грунтовом газификаторе при значении степени сухости парожидкостной смеси пропан-бутана X меньше значения Хмакс.п. 4(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 Тмакс.п.. равного 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 р, заданного по условиям поставки в проточном грунтовом газификаторе при

значении степени сухости парожидкостной

00

---А

00

ел о

ю

смеси пропан-бутана X больше значения

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

устойчивой работы установки газификации и регулятора низкого давления вплоть до полного прекращения подачи паровой фазы потребителю, поскольку давление Р в проточном грунтовом газификаторе в этом случае должно быть вынуждено уменьшено ниже минимально-достаточной величины давления РМин, необходимой для обеспече- ния устойчивой работы установки газификации и регулятора низкого давления, что следует из анализа выражения для определения Хмакс.п.

На фиг.1 представлена схема реализа- ции 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 участок - к выходу проточного газификатора 7 с искусственным подводом тепла, выход которого через регулятор низкого давления 8 соединен с распределительным трубопро- водом 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 газификатора 7 и искусственным подводом тепла.

Тепловая изоляция 14 покрывает на- ружную 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 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 для 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 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-бутановой смеси с абсолютным давлением Рмин 1,4 Па 105 и температурой начала кипения tm через трубопроводы 2 и 4 в проточный грунтовый газификатор 5 за счет вышеуказанного перепада давлений, частично испаряют жидкую фазу в проточном грунтовом газификаторе 5 до значения 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 испаряют ее до достижения температуры конца кипения смеси tr-.к. -5- 10°С, получая тем самым сухой насыщенный пар. Далее сухой насыщенный пар через регулятор низкого давления 8 подают в распределительный трубопровод потребителя 9.

Процесс испарения пропан-бутановой смеси в проточных газификаторах 5 и7 при постоянном минимально достаточном для устойчивой работы регулятора Я давлении Рмин const осуществляется следующим образом (на фиг.2 изображена диаграмма: температура - содержание бутана в пропан- бутановой смеси).

Точки 1, 2,3 соответственно характеризуют следующие состояния системы: насыщенная жидкость, парожидкостная смесь, сухой насыщенный пар. Каждому состоянию смеси с исходным содержанием бутана Vr соответствуют равновесные концентрации бутана в паровой и жидкой фазе. При этом температура кипения смеси постепенно повышается от начальной т.г.н. (температура насыщенной жидкости на входе в проточный грунтовый газификатор 5, которой соответствует начальная степень сухости парожидкостной смеси Хн 0) сначала до максимальной промежуточной т.макс.п. (температура парожидкостной смеси, которой соответствует максимальная промежуточная 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 конечная степень сухости парожидкостной смеси Хк 1).

В качестве режимного параметра предлагаемого способа испарения принято зна- чение максимальной промежуточной степени сухости парожидкостной смеси пропан-бутана Хмакс.п. при соответствующей максимальной промежуточной температуре т,макс.п. и минимально-достаточном. для 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 невозобновляемого топлива против ее максимального значения, поскольку температура парожидкостной смеси t не достигает своего максимального значения Тмэкс.п., 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) X Хмакс.п. приводит к нарушению устойчивой работы установки газификации и регулятора низкого давления вплоть до полного прекращения подачи паровой фазы потребителю, поскольку давление Р в проточном грунтовом газификато- ре. В этом случае должна быть вынужденно уменьшено ниже минимально достаточной величины давления Рмин, необходимой для обеспечения устойчивой работы установки газификации и регулятора низкого давле- ния, что следует из анализа выражения для определения Хмакс.п.

Ниже приводится пример конкретного осуществления способа испарения сжиженного углеводородного газа с его конкретны- ми 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 испарительного трубопровода, заглубленного в грунт на 10 м и соединенного с ним проточного газификатора с искусственным испарителем.

Параметры в процессе испытания имели следующие значения. Паропроизводи- тельность установки газификации G 5 кг/ч; абсолютное давление в проточном грунтовом газификаторе, минимально достаточное для устойчивой работы регулятора низкого давления РМин 1,4 Па х 10 ; исходное содержание бутана в смеси пропан-бутана, поступающая в грунтовой проточный газификатор из подземного резервуара р 85 мол.%; средняя температура окружающего грунта trp 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 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 испарялась в проточном грунтовом газификаторе за счет естественного теплоподвода от окружающего грунта. Здесь испарение пропан-бутановой смеси осуществлялось 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. замерялась термометром на выходе из проточного грунтового газификатора и составляла 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, определялось 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 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

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

,

где Qa - величина тепловой энергии, подведенной к грунтовому газификатору для испарения пропан-бутановой смеси до значения 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 испарения.

Значение Ch определялось по формуле

Q2 Хмакс.п. + С(1макс.п. tr.H.)/3,6,

где г - 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 р авная 2,46 кДж/(кг К).

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

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

Значение Qi определялась по формуле

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

Подставляя полученные в результате осуществления известного способа параметры в формулу для 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 испарения обеспечивает значительную экономию тепловой энергии неврзобновляемого топлива (до 70- 80%) 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, отличаю щи и с я 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

+

где Рмин - абсолютное давление в проточном грунтовом газификаторе, минимально достаточное для обеспечения устойчивой работы установки газификации и регулятора низкого давления, Па,

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

Хмакс.п. - максимальная промежуточная

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

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

подводом тепла.

ЙЙМЙ60 М #.

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

Фиг.2