Способ испарения сжиженного углеводородного газа

,смесь пропан-бутана высоким содержангазификаторах, и м при газоснабжении скохозяйственных ных потребителей. ловой ляетс грунт .ствен осуще проме костн маси ГОСУДАРСТВЕН ЮЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Саратовский политехнический институт (72) Б.Н.Курицын и АЛ,Усачев(56) Авторское свидетельство СССР М 1254241, кл. Р 17 С 9/02, 1985.(54) СПОСОБ ИСПАРЕНИЯ СЖИЖЕННОГО. УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗАЩ 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 жилищтносится к газоснабжеиспарению сжиженного за, представляющего . ,: преимущественно с ием бутана в проточных; ожет быть использовано сжиженным газом сель- и жилищно-коммунальданной заявке, с целью экономии тепэнергии, предварительно осуществя частичное испарение жидкой фазы в овом протсчном газификаторе с естеным подводом тепла.спарение пропан-бутановой смеси ствляется до значения максимальной жуточной степени сухости парожидой смеси Хмакс,п при соответствующей мальйой температуре тмакс.п и минино-коммунальных потребителей. Сущностьизобретения: предлагаемый способ включает отбор паровой фазы из подземного резервуара с понижением в нем давлением итемпературы до определяемых значеНий.:отбор жидкой фазы иэ резервуара в подземный проточный газификатор с естествен. ным подводом тепловой энергии,предварительное ее испарение в проточнойподземном газификаторе до значения максимальной промежуточной степени сухостипарожидкостной смеси пропан-бутана,:;окончательное ее испарение в проточномгазификаторе с искусственным подводомтепловой энергии. 2 ил,малько-достаточном для устойчивой работы установки газификации давлении Рмин.Испарение жидкой фазы в проточном грунтовом газификаторе при значении степени сухости парожидкостной смеси пропан-бутана Х меньше значенияХмакс.л, .(ХХмакс,п.) приводит к снижению величины экономии тепловой энергии невозобновляемого топлива против ее максимального значения, поскольку температура парожидкостной смеси т 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 ф, заданного по условиям поставки в проточном грунтовом газификаторе при значении степени сухости парожидкостнойсмеси пропан-бутана Х больше значенияХцакс,п. (ХХлакс.п.), приводит к нарушениюустойчивой работы установки газификациии регулятора низкого давления вплоть дополного прекращения подачи паровой фазыпотребителю, поскольку давление Р в проточном грунтовом газификаторе в этом случае должно быть вынуждено уменьшенониже минимально-достаточной величиныдавления Рлин, необходимой для обеспечения устойчивой работы установки газификации и регулятора низкого давления, чтоследует из анализа выражения для определения Хмакс.пНа фиг.1 представлена схема реализации предлагаемого способа испарения.Схема включает в себя подземный резервуар 1, трубопровод 2 жидкой фазы,один конец которого опущен в подземныйрезервуар 1 до дна, а другой конец которогочерез вентиль 3 присоединен к начальномуучастку трубопровода 4, опущенного своимконцом в проточный грунтовый газификатор5 до дна, трубопровод 6, начальный участоккоторого присоединен к выходу проточногогрунтового газификатора 5, а конечный участок - к выходу проточного газификатора 7с искусственным подводом тепла, выход которого через регулятор низкого давления 8соединен с распределительным трубопроводом 9 потребителя газа, трубопровод 10паровой фазы с расположенным на нем вентилем 11, начальный участок которого опущен в паровое пространство резервуара 1,а конечный участок присоединен к входуавтоматического байпасного клапана 12,выход которого трубопроводом 13 соединенс выходом проточного газификатара 7 и ис-.кусственным подводом тепла,Тепловая изоляция 14 покрывает наружную поверхность вертикального трубопровода, расположенного в грунте, начинаяот 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 днавертикального трубопровода, расположенного в грунте.Предлагаемый способ осуществляютследующим образом.Сначала отбирают пары из подземногорезервуара 1 через трубопровод 10 и снижают тем самым абсолютное давление в резервуаре 1 до 1,5 Па 10 и температуру до5еп.н. =-15-0 С,Затем создают перепад давлений между резервуаром 1 и трубопроводом 9, т.е. дои после байпаснага автоматического клапа Процесс испарения пропан-бутановойсмеси в проточных газификаторах 5 и 7 при постоянном минимально достаточном для 40 устойчивой работы регулятора 8 давленииРми = сопзт осуществляется следующим образам (на фиг,2 изображена диаграмма; температура - содержание бутана в пропанбутановай смеси).Точки 1, 2, 3 соответственно характеризуют следующие состояния системы: насыщенная жидкость, парожидкостная смесь, сухой на сы щен н ый пар. Каждому состоянию смеси с исходным содержанием бутана 50 ф соответствуют равновесные концентрации бутана в паровой и жидкой фазе. При этом температура кипения смеси постепенно повышается от начальной сг,н. (температура насыщенной жидкости на входе в проточный грунтовый гаэификатор 5, которой соответствует начальная степень сухости парожидкостной смеси Хн = О) сначала до максимальной промежуточной 1 макс.п, (температура парожидкостной смеси, кото 5 10 15 20 25 30 35 на 12 в пределах 0,1 Па 10, равный по величине перепаду давлений, необходимому для подъема жидкой фазы иэ резервуара 1 по вертикальному трубопроводу 2 в трубопровод 4, подаче жидкой фазы пропан-бутэновой 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-бутановай смеси с абсолютным давлением Риис = 1,4 Па 10 и темпе 5 ратурой начала кипения 1 в через трубопроводы 2 и 4 в проточный грунтовый газификатор 5 эа счет вышеуказанного перепада давлений, частично испаряют жидкую фазу в проточном грунтовом газификаторе 5 до значения максимальной промежуточной степени сухости парожидкостной смеси пропан-бутана Хмакс.п. Затем подают парожидкостную смесь пропан-бутана по трубопроводу 6 в проточный газификатор 7 с искусственным подводом тепла и полностью испаряют ее до достижения температуры конца кипения смеси г.к. - -5- 10 С, получая тем самым сухой насыщенный пар, Далее сухой насыщеннь 1 й пар через регулятор низкого давления 8 подают в распределительный трубопровод потребителя 9.рой соответствует максимальная промежуточная степень сухости парожидкостной смеси Хмакс.п.), а затем и до конечной тг,к (температура сухого насыщенного пара на выходе из проточного газификатора 7 с искусственным подводом тепловой энергии. которой соответствует конечная степень сухости парожидкостной смеси Х, = 1),В качестве режимного параметра предлагаемого способа испарения принято значение максимальной промежуточной степени сухости парожидкостной смеси пропан-бутана Хмакс,п. при соответствующей максимальной промежуточной 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 ХХмакс.п. приводит к снижению величины экономии тепловой энергии невозобновляемого топлива против ее максимального значения, поскольку температура парожидкостной смеси т не достигает своего максимального значения 1 макс.п., равного температуре окру жающего 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) ХХмакс.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 газификаторе. В этом случае должна быть вынужденно уменьшено ниже минимально достаточной величины давления Рмин, необходимой для обеспечения устойчивой работы установки газификации и регулятора низкого давления, что следует из анализа выражения для определения Хмакс,п.Ниже приводится пример конкретного осуществления способа испарения сжиженного углеводородного газа с его конкретными 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 испаоительзного трубопровода, заглубленного в грунт на 10 м и соединенного с ним проточного газификатора с искусственным испарителем.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Параметры в процессе испытания имели следующие значения. Паропроизводительность установки газификации 6 = 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 ф= =85 мол. ; средняя температура окружающего грунта игр = 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 10 в5 интервале температур тг.п. = -3,1 С; тг.к. = = 6.3 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 10 в5 температурном интервале от начальной температуры 1 г.н. = -3,1 С до максимальной промежуточной температуры парожидкостной смеси тмакс.п. равной средней естественной температуре окружающего газификатор грунта игр. Температура парожидкостной смеси макс.п. замерялась термометром на выходе из проточного грунтового газификатора и составляла 4,2 С.По известной тмакс.р. = 4,2 С при заданных Рмип = 1,4 Па 10" и ф = 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 проточномгрунтовом газификаторе определялась поформуле (по методике, изложенной на с, 5-6описания данной заявки)Эа = - 100%,0201где 02 - величина тепловой энергии, подведенной к грунтовому газификатору для испарения пропан-бутановой смеси дозначения максимальной промежуточнойстепени сухости Хмакс,псогласно предлагаемому способу;01 - величина тепловой энергии, затраченной на полное испарение жидкой фазы впроточном газификаторе с искусственнымподводом тепла согласно известному способу испарения.Значение 02 определялось по формуле02 = 6 гХмакс.п. + с(смакс.п. тг.н.)/3,6,где г - скрытая теплота парообразованияпропан-бутановой смеси, определяемая посправочным данным и равная 362 кДж/кг;с - удельная теплоемкость пропан-бутановой смеси, определяемая по справочнымданным и равная 2.46 кДж/(кг К).Подставляя полученные в результатеосуществления предлагаемого способа параметры в формулу для 01 получим02 - 5,0 362 0,66+ 2,46 (4,2 (3,1/3,6 == 353 Вт.Значение 01 определялась по формуле01 = 6 гх + с(1 г.к. тг.н./3,6,где Х - степень сухости полного испарениясмеси в газификаторе с искусственным испарением, равная 1,0.Подставляя полученные в результатеосуществления известного способа параметры в формулу для 01, получим01=5,0 362 1,0+2,46(6,4-(-3,1/3,6=530 ВтВеличина экономии тепловой энергиисоставилаЭ = 100% = 0,66%.530Предлагаемый способ по сравнению соспособом искусственного испарения обеспечивает значительную экономию тепловойэнергии невозобновляемого топлива до 7080%) за счет предварительной газификациижидкой 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, о т л и ч а ю щ и й 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 5 10 15 20 Хмакс.п =25 Р 1 О 4,43 где Рмин - абсолютное давление в проточном грунтовом газификаторе, минимально достаточное для обеспечения устойчивой работы установки газификации и регулятора низкого давления, 10 Па,ф- исходное молярное содержание бутана в пропан-бутановой смеси, поступающей в грунтовой гази фикатор из резервуара, доли единицы;тмакс,п, максимальная промежуточная температура парожидкостной смеси пропан-бутана на выходе Из грунтового газификатора, равная естественной температуре окружающего газификатор грунта, С;4, 11; 1030,3; 251,0 - эмпирические коэффициенты для бутана;4,43; 1048,9, 278,7- эмпирические коэффициенты для пропана, после чего оставшуюся жидкую фазу полностью испаряют в проточном газификаторе с искусственным подводом тепла. 30 35 40 45 50та по изобрет , Ж, Раущс УжгОрОд, ул. Гагари