конспект лекций. Конспект лекций по газу оригинал. Конспект лекций для студентов специальности 130501 Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ
 Скачать 4.98 Mb.
|
Таблица 6.4Значения для расчета изменения объема жидкой фазы сжиженных углеводородных газов
Вязкость сжиженного газа определяется величиной динамическогокоэффициента вязкости сжиженного газа. Для приближенных расчетов вязкость смеси можно определить по формуле  .Упругость насыщенных паров сжиженных углеводородных газов проявляется, когда система жидкая фаза- газ находится в равновесии; при этом пары над жидкостью называются насыщенными, а давление, которое они оказывают на стенки сосуда, называются упругостью паров при данной температуре. Точное определение упругости насыщенных паров очень важно для процессов получения, хранения и транспорта сжиженных углеводородных газов. Давление насыщенных паров является основной величиной для расчета резервуаров, танкеров и баллонов сжиженного газа, испарительной способности установок, а также состава газа в зависимости от климатических и сезонных условий. При расчете трубопроводов для сжиженных газов необходимо, чтобы давление по длине превышало упругость насыщенных паров во избежания газовых полостей в трубопроводе. Что может привести к резкому сокращению его пропускной способности. Необходимо так подбирать состав сжиженного газа, чтобы при низких температурах его упругость паров была достаточна для работы регуляторов, т.е. была не менее 0,15 МПа. Общее давление, создаваемое смесью газов или паров, согласно закону Дальтона, является суммой парциальных давлений газов или паров, входящих в состав этой смеси  ,где  , - молярная доля компонента в паровой фазе.По закону Рауля парциальное давление определяется упругостью паров каждого компонента  при данной температуре и молярной доле каждого компонента в жидкой фазе   .С учетом равновесия системы можно записать  или  ,где  - константа фазового равновесия.Скрытая теплота превращения характеризует количество выделенного или поглощенного тепла при фазовых переходах. При определенной температуре вещество может быть переведено из твердого состояния в жидкое или из жидкого в газообразное (процессы кипения и испарения). Испарениемназывается процесс парообразованием, происходящим на свободной поверхности жидкости. Кипениемназывается процесс интенсивного испарения не только с поверхности, но и со всего объема жидкости. Теплота испарения находится в функциональной зависимости от абсолютной температуры. Наиболее простой метод ее расчета основывается на правиле Трутона, согласно которому мольная энтропия испарения (теплота превращения) при атмосферном давлении одинакова для всех жидкостей:  .При расчете мольной теплоты испарения для произвольной температуры может быть использована формула Ватсона:  где  приведенная температура кипения.Энтальпия (теплосодержание) насыщенной жидкой фазы - это количество тепла, необходимое для нагрева 1 кг или 1 м3 жидкости от 0 К до заданной температуры при постоянном давлении. Теплосодержание насыщенной жидкости равняется сумме теплоты нагрева и скрытой теплоты плавления. Теплосодержание насыщенного пара - это количество тепла, необходимого для повышения 1 кг или 1м3 насыщенного пара от 0 К до заданной температуры при заданном давлении. Оно является суммой теплосодержания насыщенной жидкости и скрытой теплоты парообразования. 6.5. Диаграмма состояния индивидуальных углеводородов Диаграмма состояния - это графики зависимости между давлением, температурой, удельным объемом, теплоемкостью, теплосодержанием для сжиженных газов, полученные экспериментально, так как эти зависимости не подчиняются законам идеальных газов. Диаграммы состояния включают две фазы существования вещества - жидкую и газообразную. Линии, разделяющие параметры, соответствующие двум различным фазам, называются пограничными кривыми. Чаще всего диаграммы состояния строят в системах координат T-s (температура - энтропия) и p-i (давление - энтальпия). С помощью диаграмм состояния с достаточной для практических расчетов точностью можно проследить за изменением параметров углеводородов при следующих процессах: - охлаждение или подогрев; - конденсация или испарение; - адиабатическое испарение или сжатие; - дросселирование и др. При расчетах применяют главным образом p – i диаграммы (рис.4.1). На сетку диаграммы нанесены следующие точки и линии: - точка критического состояния К данного углеводорода; - кривая ПКЖ делит диаграмму на три части (зона I слева от линии КЖ характеризует жидкую фазу, зона II внутри кривой ПКЖ - парожидкостную смесь и зона III справа от кривой ПК - газовую фазу); кривая ЖК показывает состояние насыщенной жидкости при различных давлениях, кривая ПК - состояние насыщенного пара при различных давлениях; - кривая КХ внутри зоны III показывает степень сухости пара Х; - линия изотерм ТЕМЛ (участок ЕМ горизонтален, так как при кипении жидкой фазы наблюдается постоянное давление и температура, а при температурах выше критических линией изотерм является кривая Т΄E’);  0 40 80 120 160 200 270 400 600 Рис. 6.1. Схема построения диаграммы состояния газа  Рис. 6.2. Диаграмма состояния пропана - линии постоянных удельных объемов  в области жидкой фазы ОБ, в области парожидкостной смеси О’Б’ и в области газовой фазы Б’Б’’ (удельный объем жидкой фазы определяется точкой О на линии КЖ, паровой фазы - точкой Б1 на линии КП);- линии постоянной энтропии АД и А’Д’ (адиабаты). При пересчетах по диаграмме можно определить: - давление жидкой и паровой фаз в замкнутом объеме при заданной температуре путем определения точки пересечения Е изотермы Т с кривой сухого пара КП или насыщенной жидкости КЖ (точка М). Если изотерма не пересекает область II, то это означает, что газ не перейдет в жидкое состояние при этой температуре, тогда давление определяют по точке пересечения изотермы Т΄Е’ изохорой Б’Б’’; - удельный объем насыщенной жидкости или пара при данном давлении или данной температуре определяют по точке пересечения заданной изобары или изотермы с кривыми КЖ и КП (удельный объем газовой фазы для данной температуры и данного давления определяют в точке пересечения соответствующих изобар и изотерм); - теплосодержание газа i, парожидкостной смеси i11 или жидкой фазы Iж определяется по оси абсцисс при заданном давлении и заданной температуре в точке пересечения изобар с изотермами кривыми КП и КЖ или линиями постоянной сухости пара; - теплота парообразования rпри заданном давлении определяется разностью теплосодержания точек пересечения данной изобары с кривыми КП (точка Е) и КЖ (точка М) ( r = IЕ - IМ ); - степень сухости пара определяется точкой пересечения изобар и кривой постоянной сухости при заданном теплосодержании (точка И). С помощью диаграмм можно анализировать следующие тепловые процессы: - дросселирование жидкой фазы от давления pН до pК отображается прямой линией МС ( процесс без подвода или отвода тепла). Пересечение кривой сухости с изобарой РК дает значения количества пара при дросселировании; - сжатие газа при помощи адиабаты. Теоретическая работа сжатия определяется разностью теплосодержания в начальной В и конечной А’ точках, например I = iB - iA . ГЛАВА 7 Транспорт сжиженных углеводородных газов От места производства до потребителей СУГ доставляется в сосудах под давлением или в изотермических емкостях, а также по трубопроводам. Виды транспорта, используемого для перевозки сжиженных углеводородных газов, классифицируют следующим образом: Железнодорожные цистерны (или вагоны для перевозки баллонов); Автомобильные цистерны (или специальные машины для перевозки баллонов или «скользящих» емкостей); Морские и речные суда; Самолеты и вертолеты. Крупные промышленные потребители СУГ обычно расположены рядом с ГПЗ или НПЗ и получают газ по трубопроводам. СУГ, предназначенные для бытовых потребителей, для автотранспорта и мелких промышленных потребителей, отпускается через систему газонаполнительных станций (ГНС) и кустовые базы (КБ), которые в свою очередь снабжаются по трубопроводам, железнодорожными цистернами, автомобильными цистернами или танкерами. С ГНС или КБ сжиженные газы доставляются потребителям в основном автотранспортом или непосредственно или через промежуточные склады (районные пункты РП), организуемые для газоснабжения отдаленных зон района обслуживания. Производительность ГНС - от 3 до 25 тыс. т/год. Производительность КБ - от 25 до 100 тыс. т/год. Назначением кустовых баз служит также экспорт и импорт сжиженных газов. В этом случае транспортировка сжиженных газов осуществляется в основном по морю на специальных судах-танкерах. 7.1. Перевозка СУГ в железнодорожных цистернах Для перевозки сжиженных газов по сети железных дорог используют железнодорожные цистерны специальной конструкции. Пропан перевозят в стальных цистернах вместимостью 51 или 54 м3 с полной загрузкой 85%, что составляет соответственно 43 и 46 м3 (рис. 7.1) Кроме пропановых цистерн имеются бутановые с вместимостью резервуара 60 м3 при полезной нагрузке 54 м3. В настоящее время начали использоваться железнодорожные цистерны полным объемом 98,3 м3 и полезным 83,5 м3. Цистерна представляет собой сварной цилиндрический резервуар со сферическими днищами 5, расположенный на четырехосной железнодорожной тележке 6. Крепление резервуара к раме осуществляется стяжными болтами 7. Резервуар снабжен люком диаметром 450 мм, на крышке которого расположена арматура. Люк вместе с арматурой закрывается предохранительным колпаком 3 диаметром 685 мм и высотой 340 мм. Для обслуживания арматуры вокруг колпака сделана площадка с поручнями 4 и стремянками 1 по обе стороны цистерны. На крышке люка размещены сливо-наливная и предохранительная арматура и арматура для контроля сливо-наливных операций. В центре крышки люка смонтирован пружинный предохранительный клапан 7 диаметром 32 мм (рис. 7.2), предназначенный для сброса паров сжиженного газа в атмосферу в случае, если в цистерне повысится давление сверх допустимого (для пропана 20, для бутана 8 кг/см2). По обе стороны предохранительного клапана по продольной оси цистерны установлены два сливо-наливных вентиля 4 и 9 диаметром 40 мм, которые через скоростные клапаны, автоматически прекращающие выход сжиженного газа в случае обрыва шланга, соединены с трубами, доходящими почти до дна цистерны. Для отбора из цистерны или подачи в нее паров сжиженного газа служит угловой вентиль 6 диаметром 40 мм, соединенный через скоростной клапан с паровым пространством цистерны. Для контроля за правильностью заполнения сжиженным газом служат вентили 2 и 3, заканчивающиеся внутри цистерны трубками на уровне максимального наполнения. При этом трубка вентиля 2, маховик которого окрашен в зеленый цвет, заканчивается на уровне максимально допустимого заполнения сосуда цистерны сжиженным газом, а трубка вентиля 3, маховик которого окрашен в красный цвет - на 50 мм выше. Таким образом, вентиль 2 является вентилем-сигналом, а слой жидкости в 50 мм (находящийся между концами трубок 2 и 3) представляет собой допустимое контролируемое переполнение железнодорожной цистерны сжиженными газами.  Рис. 7.1. Железнодорожный вагон-цистерна для перевозки сжиженных углеводородных газов: 1 - лестницы; 2 - узел манометродержателя; 3 - предохранительный колпак; 4 - площадка с поручнями; 5 - сосуд со сферическими днищами; 6 - четырехосная платформа.  10 Рис. 7.2 Расположение арматуры на крышке люка железнодорожной цистерны: 1,10- вентили для контроля опорожнения; 2,3 - вентили для контроля уровня наполнения; 4,9 - угловые вентили для наполнения и слива сжиженного газа; 5 - карман для термометра; 6 - угловой вентиль для отбора (подачи паровой фазы сжиженного газа); 7 - предохранительный клапан; 8 - вентиль для удаления воды Контроль за опорожнением цистерны осуществляют вентилем 10, трубка которого установлена на уровне нижней плоскости сливо-наливных трубок. При этом вентиль 1 предназначен для удаления столба жидкости из трубки вентиля 10 после его закрытия. Термометр для замера температуры сжиженных газов помещают в кармане 5, представляющем собой трубку длиной 2550 мм. Конец этой трубки, опущенный в цистерну, заварен, а верхний конец, ввинченный во фланец люка, открыт. Вентиль 8 диаметром 12 мм служит для удаления из сосуда цистерны отстоявшейся воды и тяжелых неиспаряющихся остатков сжиженных газов. Конец трубки этого вентиля заканчивается на расстоянии 5 мм от низа цистерны (рис. 7.3, 7.4). Цистерна должна быть окрашена в светло-серый цвет, на ней должны быть сделаны соответствующие надписи. Низ сосуда цистерны по всей его длине на высоту 400 мм окрашивают в черный цвет. Вдоль оси сосуда наносят красным цветом отличительную полосу шириной 300 мм. Расчет сосудов железнодорожных цистерн на прочность производят с учетом действия нагрузок от упругости паров жидкости при температуре плюс 55 °С и давления жидкости в результате толчка и торможения цистерны. При температуре +55 °С упругость паров (давление насыщения) для пропана составляет 19,6 кг/см (1,933 МПа), для н-бутана — 5,6 кг/см"" (0,549 МПа) и для изобутана - 7,7 кг/см2 (0,755 МПа). Давление, создаваемое в сосуде цистерны при толчке и торможении, определяют из соотношений: а)при толчке - руд1 б)при торможении - руд2 руд1 =   10-4 (7.1)руд2 =  (7.2)где рж - плотность жидкости, кг/м3;  - длина емкости, м;, 0 - скорость цистерны в момент начала торможения, м/с;t - время торможения, с; g - ускорение свободного падения, м/с2. 1 .У 2 4 5  Рис. 7.3. Схема расположения вентилей контроля за уровнем сжиженного газа в железнодорожной цистерне: 1 - сигнальный вентиль; 2 - вентиль контроля максимального наполнения; 3,4- вентили контроля за опорожнением сосуда цистерны; 5 - вентиль слива воды из сосуда цистерны (дренажный вентиль); 6 - крышка люка; 7 - люк; 8 - предельный уровень налива сжиженного газа; 9 – нижний уровень сливо-наливных труб; 10 - низ сосуда цистерны.  Рис. 7.4. Схема расположения сливо-наливных и уравнительных вентилей на крышке люка железнодорожной цистерны: 1 - скоростные клапаны; 2,4 - сливо-наливные угловые вентили; 3 -угловой вентиль отбора (подачи) паровой фазы сжиженного газа; 5 – крышка люка; 6 - люк; 7 - труба для отбора (подачи) паров сжиженного газа; 8 - сливо-наливные трубы; 9 - низ сосуда цистерны; 10 - трубка для слива воды из сосуда цистерны; 11 - карман для термометра. Расчетное давление р для сосуда цистерны выбирают по большему из уравнений p =  ps55 + pуд1 (7.3) p = ps55 + pуд2 (7.4) где рs55 - давление насыщенных паров сжиженного газа при температуре +55 0C. По расчетному давлению определяют толщину стенки. Расчет ведут, как и для стационарных сосудов. В табл. 7.1 приведены технические характеристики железнодорожных цистерн. За рубежом в настоящее время строят и эксплуатируют железнодорожные цистерны безрамной конструкции с объемом котла более 100 м3 (табл. 7.2). Для налива в железнодорожные цистерны сжиженного газа и его слива заводы-поставщики имеют наливные эстакады, а газонаполнительные станции - приемно-сливные. Стояки имеют линии паровой и жидкой фаз продукта и, как правило, располагаются по обе стороны эстакады. Наливные (сливные) стояки оборудуют гибкими резинотканевыми напорными рукавами для присоединения к цистернам. Для налива каждого продукта подведен индивидуальный коллектор, в результате чего можно одновременно производить налив разных видов сжиженного газа, например пропана, н-бутана и изобутана. Таблица 7.1 Техническая характеристика специальных цистерн для перевозки сжиженных углеводородных газов
Таблица7.2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||