книги / Основы газоснабжения

охлаждается в конденсаторах 3 и 5. В процессе первой стадии охлаждения из смеси конденсируются и собираются в сепараторе сырого бензина 4 наименее упругие пары пентана, в конденса­ торе 5 конденсируются пары пропана и бутана. После разделения в сепараторе 6 сконденсированные пропан и бутан поступают

Рис. 1.2. Упругость насыщенных паров некоторых углеводородов, воды и одоранта в зависимости от температуры жидкой фазы.

1 — метан; 2 — этилен; з —этан; 4 — пропилен; 5 —про­ пан; б — изобутан; 7 — изобутилен; 8 —к-бутан; 9 —изо­ пентан; ю —этилмеркаптан; 11 —н-пентан; 12 —вода.

в емкости сжиженного газа, а сохранившие газообразное состоя­ ние метан и этан по газопроводу отбензиненного газа направ­ ляются к потребителю.

Адсорбционный (углепоглотительный) метод основан на спо­ собности некоторых твердых пористых тел (активированного угля, силикагеля и др.) избирательно удерживать (адсорбировать) на поверхности пор и микропор тяжелые углеводороды и выде­ лять их при последующем нагреве и увлажнении. Основным аппа­ ратом адсорбционной установки (рис. 1.4) является адсорбер 2, заполненный активированным углем. Очищенный исходный по­

12

путный газ проходит в адсорбере снизу вверх через слой угля и насыщает его поры тяжелыми углеводородами, а легкие углеводо­ роды — метан и этан, не осевшие в порах угля, выходят из ад­ сорбера в газопровод отбензиненного газа. По окончании насы­ щения угля углеводородами через адсорбер сверху вниз подается

Рис. 1.3. Схема разделения углеводородов методом ком­ прессии.

водяной пар, который, нагревая и увлажняя уголь, осущест­ вляет десорбцию тяжелых углеводородов и уносит их в виде паров. Пары воды и углеводородов проходят через конденсатор 2

Рис. 1.4. Схема разделения углеводородов методом адсорбции.

и поступают в сепаратор 3, в нижней части которого скапливается конденсат водяного пара, над ним — более легкий конденсат пентана, а в паровом .пространстве — пары пропана и бутана. Через регуляторы уровня вода из сепаратора сбрасывается в ка­ нализацию, пентан — в емкости сырого бензина, а пары пропана и бутана поступают под купол газгольдера 4. По мере скопления в газгольдере пары пропана и бутана сжимаются компрессором 5 до 17—20 кгс/см2 и после охлаждения в конденсаторе 6 накапли­ ваются в виде конденсата в сепараторе сжиженного газа 7, а из него периодически перемещаются в сборные емкости.

Для восстановления адсорбционной активности угля его надо просушить и охладить. Для этого дутьевой вентилятор 8 нагне­ тает в адсорбер выбрасываемые через свечу 10 горячий воздух,

13

нагреваемый в калорифере 9, а затем — холодный воздух, про­ пускаемый помимо калорифера. Непрерывность действия уста­ новки обеспечивается комплектованием групп адсорберов, по три в каждой. Это позволяет одновременно осуществлять в группе все основные операции: адсорбцию, десорбцию и регенерацию активных адсорбционных свойств угля.

Абсорбционный (,маслопоглотительный) метод основан на спо­ собности масел (например, солярового) в холодном виде избира­ тельно растворять в себе (абсорбировать) тяжелые углеводороды, а при нагревании выделять их обратно.

Отбензиненный<ваз

Рис. 1.5. Схема разделения углеводородов методом масляной абсорбции.

Очищенный попутный нефтяной газ (рис. 1.5) поступает в ниж­ нюю часть абсорбера 7, представляющего собой колонну с та­ рельчатыми насадками, в которой снизу вверх движется газ, а противотоком сверху вниз стекает по тарелкам масло. Кон­ струкция тарелок обеспечивает хороший контакт газа с маслом, в результате чего масло растворяет основную массу тяжелых углеводородов. Легкие углеводороды поступают в верхнюю часть абсорбера и по газопроводу отбензиненного газа направляются к потребителю. Скапливающееся в нижней части абсорбера масло, насыщенное углеводородами, подается в подогреватель 2, затем десорбер 3. Выделяющиеся из нагретого масла тяжелые углево­ дороды поступают в компрессор 4, где сжимаются до 17—20 кгс/см2. Охлаждаются они в две стадии — в конденсаторах 5 и 7. После первой стадии в сепараторе 6 сырого бензина накапливается жидкий пентан, а в сепараторе 8 — сжиженная пропан-бутановая фракция. Освободившееся от углеводородов нагретое масло из нижней части десорбера 3 насосом 9 перекачивается через холо­ дильник 10 в верхнюю часть абсорбера 1 для повторения цикла.

Из рассмотренных методов в газобензиновом производстве наиболее распространен метод масляной абсорбции, отлича­ ющийся простотой установки, большой производительностью и до­ статочно высокой степенью извлечения тяжелых углеводородов из исходных газов.

14

Сжиженные газы имеют более высокую, чем обычные природ­ ные газы, объемную теплоту сгорания. В газообразном виде они тяжелее воздуха, а в жидком — тяжелее воды. Помимо этого сжиженные газы весьма восприимчивы к изменениям окружающих условий: при повышении температуры значительно увеличивается объем их жидкой фазы и давление паровой фазы, а при понижении температуры до точки росы и повышении давления возможна кон­ денсация паровой фазы, в том числе и в газопроводах. Сжиженные газы не токсичны, но имеют низкие пределы взрываемости в воз­ духе и медленную диффузию в атмосферу. Это в сочетании с от­ сутствием у них запаха, цвета и вкуса как в жидком, так и в га­ зообразном виде диктует необходимость тщательной их одори­ зации.

Как топливо сжиженные газы обладают всеми достоинствами природных газов. Кроме того, они позволяют создать у потре­ бителей необходимый запас газа в жидком виде и их можно транс­ портировать не только по трубопроводам, но и перевозить в бал­ лонах, цистернах (автомобильных и железнодорожных) и тан­ керах.

§ 1.5. Требования к качеству газового топлива

ГОСТ 5542—50* устанавливает следующие основные требования к газовому топливу для населенных пунктов.

Запах природных газов должен ощущаться при содержании их в воздухе в количестве не более 1/5 от нижнего предела вос­ пламеняемости. Для этого в газ вводят резко пахучее веществ^ — одорант. В СССР в качестве одоранта используется этилмеркаптан C2H5SH, который вводится в газ в количестве 16 г на 1000 м3 природного газа или 60—90 г на 1 т сжиженного газа.

Сжиженные гдзЫ должны удовлетворять техническим требо­ ваниям, определенным в ГОСТ 10196—62 (табл. 1.2). Смесь про­ пана и бутана ддя зимнего времени составляют с повышенным содержанием продана, для летнего — с повышенным содержанием бутана. Соотношение пропана и бутана в смеси устанавливается договоренностью между поставщиком и заказчиком с учетом местных климатических услрвий.

15

Г л а в а II

Ф и з и ч е с к и е п а р а м е т р ы и з а к о н ы г а з о в о г о с о с т о я н и я

§ II. 1. Параметры состояния газа

Основными параметрами, определяющими состояние* газа, являются давление, температура и плотность или удельный объем.

Давление газа р обусловлено суммой сил ударов беспоря­ дочно движущихся молекул газа о стенки сосуда, занятого этим газом, и численно равно величине нормальной составляющей силы, действующей на единицу поверхности, с которой соприка­ сается газ.

Основными единицами измерения давления являются: в си­ стеме единиц МКГСС (метр, килограмм-сила, секунда) — кило­ грамм-сила на квадратный метр (кгс/м2); в Международной си­ стеме единиц СИ — ньютон на квадратный метр (н/м2). Под нью­ тоном понимается сила, сообщающая находящейся в состоянии покоя массе в 1 кг ускорение 1 м/сек2, т. е. 1 н = 1 кг-1 м/сек2. В практике газоснабжения часто применяются внесистемные еди­ ницы измерения давления: килограмм-сила на квадратный санти­ метр (кгс/см2), миллиметр водяного столба (мм вод. ст.), миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.). 1 кгс/см2 = 10 000 кгс/м2 = 10 000 мм вод. ст. = 735,56 мм рт. ст. = 98 066,5 н/м2.

Воздух земной атмосферы своей массой оказывает на поверх­ ность Земли и окружающие предметы давление, называемое атмо­ сферным, или барометрическим. Величина его в значительной мере зависит от высоты места измерения и температуры воздуха. На уровне моря при температуре 0° С барометрическое давление равно 760 мм рт. ст. Такое давление называют нормальным атмо­ сферным давлением.

760 мм рт. ст. = 10 330 мм вод. ст. = 1,033 кгс/см2.

17

Если из сосуда удалять воздух, то в нем создается давление ниже атмосферного — разрежение. При полном удалении воз­ духа из сосуда давление становится равным нулю. Давление, от­ считываемое от нуля, называется абсолютным (рабс), а давле­ ние, превышающее атмосферное (барометрическое), — избыточным (Ризб)- В уравнениях, связывающих параметры состояния газа, применяют абсолютное давление; манометры показывают избыточ­ ное давление.

Рабе = jP6ap“Ь Риэб* (II.2)

При измерениях разрежения (вакуума) соотношение (II.2)

Абсолютная тем пература Г, °К, характеризует степень нагретости тела. Измерение температуры можно производить на основании агрегатных изменений вещества под ее воздействием. В частности, в качестве исходных значений, служащих при по­ строении Международной практической температурной шкалы Цельсия для установления начала отсчета температуры и еди­ ницы ее измерения — градуса, приняты температура плавления льда (0° С) и кипения воды (100° С) при нормальном атмосферном давлении. Температуры, лежащие выше 0° С, считают положи­ тельными, а лежащие ниже 0° С — отрицательными. В системе единиц СИ расчеты температуры производятся от абсолютного нуля в градусах термодинамической шкалы Кельвина. Абсолют­ ный нуль этой шкалы (0° К) характеризуется прекращением теплового движения молекул вещества и соответствует по шкале Цельсия температуре —273,15° С. Таким образом, обе шкалы различаются лишь начальной точкой отсчета, а цена деления (градуса) у них одинакова.

П лотность р — количество массы вещества в единице объема.

кубический метр (кг/м?). Подставив в формулу (II.5) выражение массы по закону Ньютона и соответствующие размерности, полу­

Критические параметры (табл. Н.1) характеризуют критиче­ ское состояние газа, при котором плотность жидкой и паровой

18

фаз газа одинакова. Сжатием и охлаждением до определенной тем­ пературы газы могут быть переведены в жидкое состояние. Однако для каждого газа существует определенная критическая темпера­ тура, выше которой газ никаким давлением не может быть сжижен. Давление, необходимое для сжижения газа при критической тем­ пературе, называют критическим давлением. Чем температура газа ниже критической, тем при меньшем давлении этот газ может быть сжижен. Объем газа, занимаемый при критических давлении и температуре, называют критическим объемом.

Отношение фактических параметров газа р , Т и v к крити­ ческим ркр, Ткр и i;Kp называют приведенными параметрами состояния газа, т. е.

§ II.2. Важнейшие теплофизические свойства

Молекулярная масса М — сумма атомных масс элементов, вхо­ дящих в состав молекулы. Для грамм-молекулы эта масса выра­

жается в граммах (г), для килограмм-молекулы — в килограммах (кг).

Газовая постоянная R — работа 1 кг газа при нагревании его на 1° С при постоянном давлении. Газовая постоянная связы­ вает основные параметры газа (см. § И.З). В системе единиц

19

МКГСС газовую постоянную измеряют в килограммах-силы-мет- рах на килограммы-массы-градусы Цельсия [кгс*м/(кг*°С)]; в си­ стеме СИ — в джоулях на килограммы-массы-градусы Кельвина [дж/(кг-°К)]. Удельные газовые постоянные некоторых газов

Удельный вес не является постоянной величиной, так как зави­ сит от переменной величины ускорения свободного падения. Поэтому он не может служить параметром вещества. Это иллю­ стрируется зависимостыо

или сдвигу, возникающая при перемещении двух смежных слоев газа, пропорциональная изменению (градиенту) скорости вдоль

фициентом динамической, или абсолютной, вязкости (в дальней­ шем — динамическая вязкость); dw — градиент скорости в двух соседних слоях, находящихся на расстоянии dy.

В системе единиц МКГСС единица динамической вязкости представляет собой вязкость вещества, в котором при градиенте скорости 1 м/сек на 1 м на каждый квадратный метр действует сила трения, равная 1 кгс, т.-е. размерность вязкости будет в этом случае кгс-сек/м2. В СИ единицей динамической вязкости явля­ ется 1 н* сек/м2.

Если динамический коэффициент вязкости разделим на плот­

В системах МКГСС и СИ единица кинематической вязкости — 1 м2/сек. Вязкость всех газов и паров повышается с увеличением

Теплотой сгорания газа называют количество тепла, выделяю­ щееся при полном сгорании 1 м3 или 1 кг газа. Различают низшую теплоту сгорания, когда не учитывается скрытая теплота, выде­

20