В зависимости от способа подачи сжиженного газа к горелкам (в жидкой или газовой фазе) различают так называемые мгновенное (однократное) и периодическое испарения газа. Теплота, необходимая для испарения газов, поступает за счет теплообмена с окружающей средой. Чаще используется периодический отбор паров сжиженного газа из резервуара, частично заполненного жидкостью.
В замкнутом объеме резервуара устанавливается динамическое равновесие 2-фазной системы «пар-жидкость». Если начать отбор насыщенных паров, равновесие нарушится: давление паров упадет, и жидкий газ закипит, испаряясь до тех пор, пока не прекратится отбор паров. Давление и температура в резервуаре снижаются, а по мере достижения постоянного отбора восстанавливается постоянство теплообмена. При этом постоянная разность температур жидкости и окружающей среды такова, что жидкость поглощает ровно столько теплоты из внешней среды, сколько необходимо для образования паров сжиженного газа. С этого момента не обнаруживается никаких изменений в температуре жидкой фазы, до тех пор пока не меняется интенсивность отбора паров сжиженного газа.
Установки с естественным испарением обладают серьезными недостатками:
Указанные недостатки естественного испарения значительно осложняют операции по хранению СУГ, затрудняют эксплуатацию групповых резервуарных установок и газовых приборов, ухудшают качество сгорания газа. Низкая производительность установок с естественным испарением сжиженных газов вынуждает увеличивать число подземных резервуаров. Поэтому установки с естественным испарением могут быть рекомендованы только для газопотребительного оборудования малой производительности (индивидуальные пользователи), а также для южных регионов с высокими среднесуточными температурами.
Таким образом, характеристики испарения сжиженных газов играют важнейшую роль при проектировании систем хранения газов, приборов и газогорелочных устройств. Производительность резервуаров при периодическом отборе паров зависит от целого ряда факторов:
Установлено, что при средней температуре окружающей среды часовая потребность теплоты на каждый квадратный метр смачиваемой поверхности резервуара составляет 11,6 кВт, которые обеспечивают испарение и получение паровой фазы нужного дебита при разности температур окружающей среды и испарения, которую газ должен иметь для заданного давления его использования.
Естественная регазификация в резервуарах. Самый простой аппарат для регазификации сжиженных газов — замкнутый цилиндрический сосуд (баллон, резервуар), частично заполненный жидкой фазой. В верхней части — насыщенный пар. Естественная теплопередача осуществляется через наружную металлическую стенку от воздуха и грунта.
Кроме температурного режима, оказывающего самое большое влияние, есть и другие факторы (почти не поддающиеся расчету), также отражающиеся на испарительной способности:
Широкое распространение для газоснабжения объектов коммунально-бытового назначения и сельскохозяйственного производства, а также сезонных потребителей (туристических баз, пансионатов и др.), получили надземные полупередвижные резервуары вместимостью от 600 до 1600 л, а также резервуары большей вместимости. Испарительная способность надземных резервуаров различной вместимости приведена в табл. 7.1.
Таблица 7.1. Испарительная способность надземных резервуаров малой емкости, кг/час
| Содержание пропана, % |
Температура воздуха, °С | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Резервуар 600 л | Резервуар 1000 л | Резервуар 1600 л | ||||||||||||||||
| -30 | -20 | -10 | 0 | 10 | 20 | -30 | -20 | -10 | 0 | 10 | 20 | -30 | -20 | -10 | 0 | 10 | 20 | |
| 0 | – | – | – | – | 0,7 | 2,3 | – | – | – | – | 1,1 | 3,5 | – | – | – | – | 1,5 | 4,7 |
| 10 | – | – | – | – | 1,4 | 3,0 | – | – | – | – | 2,3 | 4,7 | – | – | – | – | 3,0 | 6,4 |
| 20 | – | – | – | 0,3 | 2,0 | 3,7 | – | – | – | 0,5 | 3,4 | 5,9 | – | – | – | 1,0 | 4,6 | 8,0 |
| 30 | – | – | – | 1,1 | 2,7 | 4,3 | – | – | – | 1,7 | 4,6 | 7,0 | – | – | – | 2,8 | 6,3 | 9,3 |
| 40 | – | – | 0,2 | 1,8 | 3,4 | 5,0 | – | – | 0,3 | 2,8 | 5,6 | 8,2 | – | – | 0,4 | 4,3 | 7,8 | 11,4 |
| 50 | – | – | 0,9 | 2,6 | 4,0 | 5,6 | – | – | 1,4 | 4,0 | 6,8 | 9,3 | – | – | 1,9 | 5,9 | 9,4 | 13,2 |
| 60 | – | – | 1,7 | 3,2 | 4,8 | 6,3 | – | – | 2,8 | 5,0 | 8,0 | 10,6 | – | – | 3,8 | 7,5 | 11,1 | 14,8 |
| 70 | – | 0,7 | 2,4 | 4,0 | 5,4 | 7,0 | – | 2,5 | 5,3 | 7,3 | 10,2 | 13,0 | – | 3,5 | 7,3 | 10,8 | 14,3 | 16,5 |
| 80 | – | 1,5 | 3,3 | 4,7 | 6,1 | 7,6 | – | 2,5 | 5,3 | 7,3 | 10,2 | 13,0 | – | 3,5 | 7,3 | 10,8 | 14,3 | 18,2 |
| 90 | 0,5 | 2,2 | 4,0 | 5,4 | 6,8 | 8,2 | 0,8 | 3,6 | 6,4 | 8,6 | 11,5 | 14,2 | 1,1 | 5,0 | 8,9 | 12,4 | 15,8 | 19,8 |
| 100 | 1,2 | 2,9 | 4,7 | 6,1 | 7,5 | 9,0 | 1,9 | 4,7 | 7,5 | 9,6 | 12,5 | 15,1 | 2,7 | 6,6 | 10,4 | 14,0 | 17,5 | 21,8 |
Как видно из данных таблицы, испарение сжиженных газов в значительной степени зависит от температуры наружного воздуха: при изменении ее всего на 20°С, т.е. от +5 до -15°С, отбор паров пропана снижается в 2,5 раза, а при изменении от +15 до -15°С (или на 30°С) — в 3–3,5 раза.
Уровень жидкой фазы в резервуаре перед очередной заправкой не должен быть ниже 25%. Испарительная способность надземной резервуарной установки должна определяться для каждого конкретного случая с учетом принимаемого минимального заполнения и минимальной температуры наружного воздуха.
Регазификация в подземных резервуарах. Подземные резервуарные установки с естественным испарением жидкой фазы используют теплоту окружающего грунта: в холодное время года резервуар получает постоянный поток теплоты из глубинных слоев грунта, летом — от поверхностных слоев.
Испарительная способность подземного резервуара определяется целым рядом параметром:
Расчетная испарительная способность подземного резервуара устанавливается для наихудших условий: в зимний период, при самой низкой температуре грунта, при минимальном заполнении резервуара и при постоянном давлении в резервуаре. В зимних условиях при любой температуре промерзания грунтов в резервуарах должно быть такое избыточное давление, которое позволяло бы обеспечить нормальную подачу газа потребителю.
На основании опыта эксплуатации систем автономного газоснабжения установлены следующие средние величины испарительной способности, м3/ч, которыми можно руководствоваться в проектировании:
Таблица 7.2. Зависимость коэффициента
теплового взаимодействия τ от числа
резервуаров в установке (с разрывом 1 м)
| Число резервуаров |
Коэффициент теплового взаимодействия τ |
|---|---|
| 2 | 0,93 |
| 3 | 0,84 |
| 4 | 0,74 |
| 6 | 0,67 |
| 8 | 0,64 |
Испарительная способность резервуара в составе групповой подземной резервуарной установки меньше, чем у одного отдельного резервуара, за счет экранирования теплового потока, поступающего от окружающего грунта, то есть испарительная способность группы резервуаров не равна сумме испарительных способностей. При групповом размещении подземных резервуаров с разрывами между ними 1 м полученную испарительную способность следует умножать на коэффициент теплового взаимодействия τ.
Зная расчетную испарительную способность, можно легко определить необходимое число резервуаров, разделив часовую потребность в газе на среднюю расчетную испарительную способность одного резервуара с учетом также коэффициента т.
Применение установок искусственной регазификации позволяет резко (в 3–8 раз) увеличить испарительную способность групповых резервуарных установок и снизить капиталои металлоемкость в пересчете на единицу массы используемого газа. Также обеспечивается получение газа с постоянной теплотой сгорания.
При сезонном снижении расхода газа резервуарные установки с искусственным испарением могут работать по схеме с естественным испарением (обвязка установок выполняется таким образом, что паровое пространство резервуаров объединено с выходными газопроводами).
Также использование испарителей позволяет сгладить пиковые неравномерности газопотребления, то есть повысить экономичность как систем газоснабжения, так и эффективность использования мощностей заводов и промыслов, обеспечить бесперебойность снабжения.
В последнее время все шире применяется такой способ покрытия сезонной и суточной неравномерности газоиспользования, как подача в распределительные сети смеси паров сжиженного газа с воздухом или другими газами (технология propane-air). Этот метод может иметь и самостоятельное значение при газификации небольших городов, поселков и промышленных предприятий.
Групповые резервуарные установки с искусственным испарением обладают следующими преимуществами:
Перечисленные преимущества применения испарительных агрегатов обеспечили их широкое внедрение в практику. Передовые технические решения производителей позволили решить ряд проблем, присущих ранним моделям. Применение комплекса регулирующей, предохранительной и контрольно-измерительной аппаратуры исключило:
Классификация испарителей отвечает особенностям конструкции теплопередающих поверхностей и виду теплоносителя. Испарители можно разделить на два основных вида — прямого и непрямого подогрева.
К испарителям прямого подогрева относятся аппараты, в которых сжиженный газ получает теплоту через стенку непосредственно от горячего теплоносителя. К испарителям непрямого подогрева относятся аппараты, в которых сжиженный газ получает теплоту через стенку от промежуточного газа или жидкости, обогреваемых горячим теплоносителем. Кроме того, существуют испарители, в той или иной степени сочетающие оба принципа.
Испарители также могут быть классифицированы и по другим основным признакам:
Емкостные испарители. Испарители этого типа предназначены для подземных групповых резервуарных установок с естественным испарением сжиженных газов. В настоящее время испарители этого типа практически не применяются в силу причин как технологического, так и экономического характера: значительно большими капитальными затратами на их сооружение, большими эксплуатационными расходами, необходимостью в двух видах внешних источников энергии: тепловой и электрической. Им присущи значительные потери теплоты в окружающую среду: 300–350% от полезной теплоты, затраченной на испарение газа. К недостаткам емкостных испарителей также относится пожароопасность в случае перерыва в работе системы автоматики регулирования температуры в отапливаемой камере или системы вентиляции.
Проточные испарители сжиженных газов. Испарители этого типа отличаются высокой удельной производительностью и нашли самое широкое применение. Чаще всего такой испаритель представляет собой цилиндрический сосуд, внутри которого вмонтирован змеевик и устройство контроля уровня (поплавок с выходным клапаном). Испаритель снабжается впускной и выпускной арматурой, а также контрольно-предохранительными устройствами, обеспечивающими безопасную эксплуатацию в заданных режимах.
Испаритель FAS 2000 относится к «сухим» испарительным агрегатам, в которых не применяются жидкие теплоносители. В качестве теплоносителя выступает алюминиевый сплав, в котором проложены трубчатые электронагреватели. В теплоносителе проложен змеевик, по которому транспортируется жидкая фаза газа. Температурный режим контролируется с помощью термостатов. При достижении рабочей температуры испарения открываются электромагнитные клапаны, установленные на входной магистрали. Клапаны обеспечивают полное прекращение подачи жидкой фазы при возникновении нештатных ситуаций: превышение расхода газа, отключение электроснабжения, нарушение температурных параметров паровой фазы на выходе из испарителя и т.д.
Таблица 7.3. Технические характеристики испарительных
установок фирмы FAS на базе испарителей FAS 2000
Номер по каталогу FAS |
Число испарителей |
Производительность, кг/час |
Размеры шкафа, НхВхТ, мм |
Регуляторная группа (выходное давление, мБар) |
Электропитание, В |
|---|---|---|---|---|---|
| 20918 | 1 | 32 | 1200х800х400 | 1 единица среднего давления (1500) |
380 |
| 20917 | 1 | 32 | 1200х800х400 | 1 единица низкого давления (50) |
380 |
| 20920 | 2 | 32 | 1200х800х400 | 2 единицы низкого давления (50) |
380 |
| 20925 | 1 | 32 | 1200х800х400 | 1 единица низкого давления (50) |
220 |
| 20 708 | 1 | 60 | 1600х1200х500 | 1 единица среднего давления (1500) |
380 |
| 20 709 | 1 | 100 | 1600х1200х500 | 1 единица среднего давления (2500) |
380 |
Фирма FAS выпустила новые модификации испарителей
FAS 2000 производительностью 170, 330, 450, 600, 800,
1200 и 1900 кг/час. Подробнее можно узнать тут
Особого внимания заслуживает испаритель FAS 2000 производительностью 30 кг/час с электропитанием 220 В. Небольшая потребляемая мощность (не более 5кВт) и отсутствие необходимости в сети промышленного напряжения (380 В) — бесспорные преимущества использования данной модели испарителей FAS 2000.
Испарители FAS 2000 поставляются только в составе комплектных испарительных установок (открытая установка, комплектно собрана в стальном шкафу), полностью готовых к работе.
В комплект поставки включаются:
Испарительная установка может быть оборудована различными регуляторами давления в зависимости от необходимого давления для потребителя на выходе установки, либо без регуляторов. Дополнительно поставляются: Сенсор контроля уровня жидкости, соединение — 1“ NPT AG (номер по каталогу FAS — 26130); преобразователь напряжения NIVOTESTER (FAS 26301).
Для промышленного использования, критичного к вопросам бесперебойности газоснабжения, компания FAS разработала специальные дублированные решения. В состав установки включены два испарителя — рабочий и резервный, а также рабочая и резервная регуляторные группы. Установка обеспечивает проведение регламентных и ремонтных работ без остановки системы.
Таблица 7.4. Технические
характеристики испарительных
установок фирмы FAS на базе
жидкостных испарителей FAS 3000
Номер по каталогу FAS |
Производительность, кг/час |
Выходное давление, мБар) |
|---|---|---|
| 20 247 | 400–800 | без регуляторной группы |
| 20 246 | 1000–1200 | |
| 20 245 | 1500–1900 | |
| 20 229 | до 4000 | |
| 20 249 | до 7000 | |
| 20 250 | до 12 000 | |
| 20 248 | 400–800 | 20–2100* |
| 20 2481 | 400–800 | 5–5000* |
| 93 065 | 1000–1200 | 5–5000* |
| 93 073 | 1500–1900 | 5–5000* |
| 93 153 | до 4000 | 5–5000 |
| 93 074 | до 7000 | 5–5000* |
| 03 075 | до 14000 | 5–5000* |
* Входное давление должно быть
не менее чем на 0,5 бар выше,
чем желаемое давление на выходе
В жидкостном (водяном) испарителе FAS 3000 процесс передачи тепла от теплоносителя (антифриз, горячая вода) к пропан-бутану осуществляется пластинчатым теплообменником, способным работать при очень малых температурных градиентах. Разница между греющей и нагреваемой средой может составлять всего 1°С!
Жидкостные испарители FAS 3000 обладают следующими преимуществами:
Технические характеристики:
В cостав комплектной испарительной установки включено следующее оборудование:
Для обеспечения нормальной работы газопотребляющего оборудования необходимо обеспечить стабильность следующих параметров:
Рис. 7.6. Регуляторная группа в составе
испарительной установки производства
фирмы FAS (Германия)
Рис. 7.7. Гидравлическая схема регуляторной группы
Чаще всего в состав комплектных испарительных установок регуляторная группа включена. Однако стоит учесть, что в ряде случаев при экстремально большом потреблении СУГ есть необходимость в установке испарительных систем с большим количеством испарителей с общей регуляторной группой, вынесенной в отдельный технологический узел.
Таблица 7.5. Состав регуляторной группы
| Наименование | Номер по каталогу FAS | Количество |
|---|---|---|
| Регулятор давления | 16245 | 1 |
| Манометр | 17012/17011 | 1/1 |
| Манометр-запирающий клапан | 17161 | 2 |
| Предохранительный сбросной клапан тип 155D | 16155 | 1 |
| Шаровой клапан | 19456 / 19452 / 19157 / 19250 | 1 / 1 / 1 / 1 |
| Прокладки межфланцевые | 10646/10647 | 2/2 |
| Прокладки манометра | 17077 | 4 |
Кроме того, практика показывает, что на сегодняшний день в эксплуатации находятся сотни устаревших регуляторных групп, срочно нуждающихся в замене.
Рис. 7.8. Для комплектации регуляторных групп фирмы FAS
используются высококачественные комплектующие
Рис. 7.9. Внутреннее устройство
регулятора давления типа Actaris
Компания FAS выпускает автономные регуляторные группы в различных комплектациях, отвечающих практически любым запросам потребителей.
Рис. 7.10. Регуляторная группа системы
газоснабжения промышленного назначения
производства фирмы FAS (Германия)
Регулятор давления контролирует и регулирует давление и предотвращает недопустимую нагрузку на арматуру и устройства, подключенные к системе после регулятора. Давление на выходе регулятора показывается с помощью манометра.
Манометры с манометр-запирающими клапанами выполнены из высококачественных материалов, гарантирующих длительный срок службы. Корпус — сталь/медь, измерительное устройство — легированная бескислородная медь. Класс точности — 1.6.
Регуляторные группы могут комплектоваться регуляторами давления типа Actaris, обеспечивающими повышенную точность регулировки/ передачи в распределительных сетях. Они гарантируют практически неизменное выходное давление вне зависимости от изменения потока и/или давления.
Применение таких регуляторов в особо ответственных сетях оправдано тем, что в их конструкцию обязательно включаются запорно-предохранительные и сбросные клапаны, обеспечивающие абсолютную гарантию безопасности эксплуатации.
Рис. 7.11. Смесительная установка
FAS 4000 производства фирмы FAS
Практика показывает, что эксплуатация систем, работающих на магистральном природном газе, сопряжена с рядом трудностей. Внезапные падения давления газа, появление водяного конденсата в трубопроводах, «веерные» отключения — все это ведет к вынужденным остановкам оборудования и риску больших производственных потерь. Между тем механизм компенсирующих мероприятий давно отработан и апробирован. Основным элементом таких комплексов являются современные смесительные установки.
Система автономного газоснабжения (как основная, так и резервная), будучи оснащенной смесительной установкой, позволяет осуществлять подпитку систем на природном газе без необходимости остановки рабочего процесса и каких-либо наладочных работ. Использование смесительных установок наиболее оправдывает себя в следующих ситуациях:
Смесительные установки FAS 4000 производства фирмы FAS (Германия) делятся на два типа:
Системы низкого давления, как правило, являются достаточно экономичными и поставляются в качестве шкафных установок для систем с давлением на выходе не более 500 мБар.
Системы высокого давления с автоматической настройкой калорийности газовоздушной смеси представляют из себя более сложные агрегаты и производятся в зависимости от реальных условий эксплуатации в каждом отдельном случае.
Таблица 7.6. Технические характеристики
испарительных установок фирмы FAS (Германия)
Номер по каталогу FAS |
Тип смесителя |
Производительность, м3 (пропан-воздушная смесь)/кг (СУГ) |
Вход/выход СУГ |
Давление входное/выходное, мБар) |
|---|---|---|---|---|
| 93 710 | FAS 4000-32 ND | 30/30 | DN15/DN50 | 2000–5000/до 500 |
| 93 711 | FAS 4000-60 ND | 50/60 | DN15/DN50 | 2000–5000/до 500 |
| 93 712 | FAS 4000-100 ND | 80/100 | DN20/DN65 | 2000–5000/до 500 |
| 93 713 | FAS 4000-160 ND | 130/160 | DN25/DN65 | 2000–5000/до 500 |
| 93 714 | FAS 4000-300 ND | 240/300 | DN25/DN65 | 2000–5000/до 500 |
Рис. 7.12. Смесительная установка фирмы FAS
в коттеджном поселке выполняет функции
резервного источника газа
Опыт показывает, что эксплуатация систем газоснабжения с естественным испарением может столкнуться с рядом трудностей. Непостоянство теплоты сгорания топлива, характерное для таких систем, сильно ограничивает сферу их применения. Шкафные газобаллонные установки с баллонами вместимостью 50 л для круглогодичного газоснабжения вновь строящихся объектов допустимы только в исключительных случаях. Чаще такие установки применяются для сезонного газоснабжения, а также в теплых климатических районах (с расчетной наружной температурой не ниже 8°С).
Проще в такой ситуации предусмотреть индивидуальное поквартирное газоснабжение баллонами вместимостью 27 л.
В последние годы в связи с развернувшимся индивидуальным загородным строительством большое распространение получили индивидуальные резервуарные установки с естественным испарением. При их проектировании следует учесть несколько факторов. Подземные газопроводы низкого давления прокладываются на глубине не выше глубины заложения осевой линии резервуара: для резервуаров вместимостью 5 м3 — не выше 1,3 м до поверхности грунта.
Разводка надземных газопроводов должна включать утепленные цокольные вводы. В наиболее низких точках, но не ближе 2–3 м от зданий, устанавливаются конденсатосборники, соответствующие диаметру газопровода и устанавливаемые ниже глубины промерзания грунта. Для подземных газопроводов принимаются уклоны не менее 0,002 в сторону конденсатосборников, для надземных — не менее 0,003 в сторону ввода газопровода в здание.
Применение испарительных установок предусматривается в следующих случаях:
При проектировании следует рассмотреть варианты с различными видами теплоносителей, придерживаясь следующей последовательности:
Электрические испарители применяются преимущественно на объектах, которые не обеспечены круглогодичным централизованным теплоснабжением. Использование электрической энергии на технологические нужды испарения сжиженного газа следует согласовывать с районными энергетическими управлениями.
В очень холодных и холодных климатических зонах необходимо использовать проточные испарители сжиженного газа и устанавливать их, а также шкафы автоматики, в отапливаемом помещении или в утепленном (отапливаемом) шкафу.
На земельных участках с пучинистыми и просадочными грунтами, в районах с расчетной сейсмичностью более 6 баллов и на подрабатываемых территориях (районы горных выработок) следует применять установки с верхней обвязкой резервуаров по паровой и жидкой фазам. Также при устройстве оснований под резервуары должны предусматриваться мероприятия, направленные на уменьшение воздействия сил морозного пучения грунтов.
.svg)
