Сжиженные углеводородные газы
Сжиженный углеводородный газ (СУГ) — это углеводороды или их смеси, которые при нормальном давлении и температуре окружающего воздуха находятся в газообразном состоянии, но при увеличении давления на относительно небольшую величину без изменения температуры переходят в жидкое состояние.
Сжиженные газы получают из попутных нефтяных газов, а также газоконденсатных месторождений. На перерабатывающих заводах из них извлекают этан, пропан, а также газовый бензин. Наибольшую ценность для отрасли газоснабжения имеют пропан и бутан. Их главное преимущество в том, что их легко хранить и перевозить в виде жидкости, а использовать в виде газа. Другими словами, для перевозки и хранения сжиженных газов используются плюсы жидкой фазы, а для сжигания — газообразной.
Сжиженный углеводородный газ получил широкое применение во многих странах мира, включая Россию, для нужд промышленности, жилищного и коммунально-бытового сектора, нефтехимических производств, а также в качестве автомобильного топлива.
Молекула пропана состоит из трех атомов углерода и восьми атомов водорода
Пропан
Для систем газоснабжения, эксплуатируемых в России, наиболее подходящим является технический пропан (C3H8), так как он имеет высокую упругость паров вплоть до минус 35°C (температура кипения пропана при атмосферном давлении — минус 42,1°C). Даже при низких температурах из баллона или газгольдера, наполненного пропаном, легко отбирать нужное количество паровой фазы в условиях естественного испарения. Это позволяет устанавливать газовые баллоны со сжиженным пропаном на улице зимой и отбирать паровую фазу при низких температурах.
Бутан
При сгорании молекулы бутана в реакцию вступают четыре атома углерода и десять атомов водорода, что объясняет его большую теплотворную способность по сравнению с пропаном
Бутан (C4H10) — более дешевый газ, но отличается от пропана низкой упругостью паров, поэтому применяется только при положительных температурах. Температура кипения бутана при атмосферном давлении — минус 0,5°C.
Температура газа в резервуарах системы автономного газоснабжения должна быть положительной, иначе испарение бутановой составляющей СУГ будет невозможно. Для обеспечения температуры газа выше 0°C используется геотермальное тепло: газгольдер для частного дома устанавливается подземно.
Смесь пропана и бутана
В коммунально-бытовой сфере используется смесь пропана и бутана технических (СПБТ), в быту называемая пропан-бутаном. При содержании бутана в СПБТ свыше 60% бесперебойная работа резервуарных установок в климатических условия России невозможна. В таких случаях для принудительного перевода жидкой фазы в паровую применяются испарители СУГ.
Особенности и свойства СУГ
Свойства сжиженных газов влияют на меры безопасности, а также конструктивные и технические особенности оборудования, в котором они хранятся, перевозятся и используются.
Отличительные особенности сжиженных газов:
- высокая упругость паров;
- не имеют запаха. Для своевременного выявления утечек сжиженным газам придают специфический запах — производят одоризацию этилмер-каптаном (C2H5SH);
- невысокие температуры и пределы воспламеняемости. Температура воспламенения бутана — 430°C, пропана — 504°C. Нижний предел воспламеняемости пропана — 2,3%, бутана — 1,9%;
- пропан, бутан и их смеси тяжелее воздуха. В случае утечки сжиженный газ может скапливаться в колодцах или подвалах. Запрещается устанавливать оборудование, работающее на сжиженном газе, в помещениях подвального типа;
- переход в жидкую фазу при увеличении давления или уменьшении температуры;
- высокая теплотворная способность. Для сжигания СУГ необходимо большое количество воздуха (для сжигания 1 м³ газовой фазы пропана необходимо 24 м³ воздуха, а бутана — 31 м³ воздуха);
- большой коэффициент объемного расширения жидкой фазы (коэффициент объемного расширения жидкой фазы пропана в 16 раз больше, чем у воды). Баллоны и резервуары заполняются не более чем на 85% геометрического объема. Заполнение более чем на 85% может привести к их разрыву, последующему быстрому истечению и испарению газа, а также воспламенению смеси с воздухом;
- в результате испарения 1 кг жидкой фазы СУГ при н. у. получается 450 литров паровой фазы. Другими словами, 1 м³ паровой фазы пропан-бутановой смеси имеет массу 2,2 кг;
- при сгорании 1 кг пропан-бутановой смеси выделяется около 11,5 кВт×ч тепловой энергии;
- сжиженный газ интенсивно испаряется и, попадая на кожу человека, вызывает обморожение.
Зависимость давления насыщенных паров пропан-бутановой смеси от температуры
Зависимость давления насыщенных паров пропан-бутановой смеси от температуры
Зависимость плотности пропан-бутановой смеси от ее состава и температуры
Таблица плотностей сжиженной пропан-бутановой смеси (в т/м³) в зависимости от ее состава и температуры
|
T, °C |
−25 | −20 | −15 | −10 | −5 | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| P/B, % | |||||||||||
| 100/0 | 0,559 | 0,553 | 0,548 | 0,542 | 0,535 | 0,528 | 0,521 | 0,514 | 0,507 | 0,499 | 0,490 |
| 90/10 | 0,565 | 0,559 | 0,554 | 0,548 | 0,542 | 0,535 | 0,528 | 0,521 | 0,514 | 0,506 | 0,498 |
| 80/20 | 0,571 | 0,565 | 0,561 | 0,555 | 0,548 | 0,541 | 0,535 | 0,528 | 0,521 | 0,514 | 0,505 |
| 70/30 | 0,577 | 0,572 | 0,567 | 0,561 | 0,555 | 0,548 | 0,542 | 0,535 | 0,529 | 0,521 | 0,513 |
| 60/40 | 0,583 | 0,577 | 0,572 | 0,567 | 0,561 | 0,555 | 0,549 | 0,542 | 0,536 | 0,529 | 0,521 |
| 50/50 | 0,589 | 0,584 | 0,579 | 0,574 | 0,568 | 0,564 | 0,556 | 0,549 | 0,543 | 0,536 | 0,529 |
| 40/60 | 0,595 | 0,590 | 0,586 | 0,579 | 0,575 | 0,568 | 0,562 | 0,555 | 0,550 | 0,543 | 0,536 |
| 30/70 | 0,601 | 0,596 | 0,592 | 0,586 | 0,581 | 0,575 | 0,569 | 0,562 | 0,557 | 0,551 | 0,544 |
| 20/80 | 0,607 | 0,603 | 0,598 | 0,592 | 0,588 | 0,582 | 0,576 | 0,569 | 0,565 | 0,558 | 0,552 |
| 10/90 | 0,613 | 0,609 | 0,605 | 0,599 | 0,594 | 0,588 | 0,583 | 0,576 | 0,572 | 0,566 | 0,559 |
| 0/100 | 0,619 | 0,615 | 0,611 | 0,605 | 0,601 | 0,595 | 0,590 | 0,583 | 0,579 | 0,573 | 0,567 |
T — температура газовой смеси (среднесуточная температура воздуха); P/B — соотношение пропана и бутана в смеси, %
