7.1. Способы регазификации

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:
• значительной металлоемкостью (например, средний расход металла при газоснабжении от групповых резервуарных установок в средней и северной полосе России составляет с учетом расхода труб не менее 50 кг на одну квартиру, из которых около половины приходится на
долю резервуаров);
• неравномерность состава паровой фазы (вначале испаряются легкие, а затем — тяжелые углеводороды);
• снижение упругости паров сжиженного газа, оставшегося в резервуаре.

 

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:

 

• химического состава сжиженного газа;
• температуры внешней среды;
• степени наполнения резервуара и площади открытой поверхности;
• от степени отбора сжиженного газа из резервуаров, зависящей от нагрузки.

 

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:

 

  • компонентный состав жидкой фазы;
  • термическое сопротивление грунта (для подземных резервуаров);
  • термическое сопротивление защитной изоляции подземного резервуара, стенок баллона и резервуара;
  • степень загрязненности стенок резервуара;
  • степень заполнения жидкой фазой резервуара;
  • цикличность отбора паровой фазы из резервуара;
  • тепловое взаимодействие подземных резервуаров;
  • скорость движения и влажность воздуха;
  • термическое сопротивление теплопередаче от окружающего воздуха (для надземных резервуаров и баллонов) и др.

 

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. 9.1.

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 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:
  • температурой окружающих резервуары грунтов;
  • коэффициентом теплопроводности грунтов;
  • степенью заполнения резервуара;
  • длительностью непрерывной работы (суточной, сменной, часовой).

 

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:
• для резервуаров вместимостью 2,5 м3 — 4,5;
• резервуаров 5,0 м3 — 9,0;
• резервуаров 10,0 м3 — 15,0–17,0.

 

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 неравна 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.д.