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 начат 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 наземные полупередвижные резервуары вместимостью от 600 до 1600 л, а также резервуары большей вместимости. Испарительная способность наземных резервуаров различной вместимости приведена в табл. 7.1.
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 наземной 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:
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 т.
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.
Таблица 7.1. Испарительная способность надземных резервуаров малой емкости, кг/час
| Содержание пропана, % | Температура воздуха, °С | |||||
| Резервуар 600 л | ||||||
| -30 | -20 | -10 | 0 | 10 | 20 | |
| 0 | – | – | – | – | 0,7 | 2,3 |
| 10 | – | – | – | – | 1,4 | 3,0 |
| 20 | – | – | – | 0,3 | 2,0 | 3,7 |
| 30 | – | – | – | 1,1 | 2,7 | 4,3 |
| 40 | – | – | 0,2 | 1,8 | 3,4 | 5,0 |
| 50 | – | – | 0,9 | 2,6 | 4,0 | 5,6 |
| 60 | – | – | 1,7 | 3,2 | 4,8 | 6,3 |
| 70 | – | 0,7 | 2,4 | 4,0 | 5,4 | 7,0 |
| 80 | – | 1,5 | 3,3 | 4,7 | 6,1 | 7,6 |
| 90 | 0,5 | 2,2 | 4,0 | 5,4 | 6,8 | 8,2 |
| 100 | 1,2 | 2,9 | 4,7 | 6,1 | 7,5 | 9,0 |
| Содержание пропана, % | Температура воздуха, °С | |||||
| Резервуар 1000 л | ||||||
| -30 | -20 | -10 | 0 | 10 | 20 | |
| 0 | – | – | – | – | 1,1 | 3,5 |
| 10 | – | – | – | – | 2,3 | 4,7 |
| 20 | – | – | – | 0,5 | 3,4 | 5,9 |
| 30 | – | – | – | 1,7 | 4,6 | 7,0 |
| 40 | – | – | 0,3 | 2,8 | 5,6 | 8,2 |
| 50 | – | – | 1,4 | 4,0 | 6,8 | 9,3 |
| 60 | – | – | 2,8 | 5,0 | 8,0 | 10,6 |
| 70 | – | 2,5 | 5,3 | 7,3 | 10,2 | 13,0 |
| 80 | – | 2,5 | 5,3 | 7,3 | 10,2 | 13,0 |
| 90 | 0,8 | 3,6 | 6,4 | 8,6 | 11,5 | 14,2 |
| 100 | 1,9 | 4,7 | 7,5 | 9,6 | 12,5 | 15,1 |
| Содержание пропана, % | Температура воздуха, °С | |||||
| Резервуар 1600 л | ||||||
| -30 | -20 | -10 | 0 | 10 | 20 | |
| 0 | – | – | – | – | 1,5 | 4,7 |
| 10 | – | – | – | – | 3,0 | 6,4 |
| 20 | – | – | – | 1,0 | 4,6 | 8,0 |
| 30 | – | – | – | 2,8 | 6,3 | 9,3 |
| 40 | – | – | 0,4 | 4,3 | 7,8 | 11,4 |
| 50 | – | – | 1,9 | 5,9 | 9,4 | 13,2 |
| 60 | – | – | 3,8 | 7,5 | 11,1 | 14,8 |
| 70 | – | 3,5 | 7,3 | 10,8 | 14,3 | 16,5 |
| 80 | – | 3,5 | 7,3 | 10,8 | 14,3 | 18,2 |
| 90 | 1,1 | 5,0 | 8,9 | 12,4 | 15,8 | 19,8 |
| 100 | 2,7 | 6,6 | 10,4 | 14,0 | 17,5 | 21,8 |
Таблица 7.2. Зависимость коэффициента теплового взаимодействия т от числа резервуаров в установке (с разрывом 1 м)
| Число резервуаров | Коэффициент теплового взаимодействия т |
| 2 | 0,93 |
| 3 | 0,84 |
| 4 | 0,74 |
| 6 | 0,67 |
| 8 | 0,64 |
.svg)
