книги из ГПНТБ / Рачевский, Б. С. Транспорт и хранение углеводородных сжиженных газов
.pdf
Б.С. РАЧЕВСКИИ, С. М. РАЧЕВСКИИ, И. И. РАДЧИК
ТРАНСПОРТ И ХРАНЕНИЕ
УГЛЕВОДОРОДНЫХ
СЖИЖЕННЫХ
ГАЗОВ
И З Д А Т Е Л Ь С Т В О „ Н Е Д Р А
М о с к в а 1974
У Д К 621.59')
Рачевский Б. С., Рачевский С. М., Радчнк И. И. Транспорт и хранение углеводородных сжиженных газов. М., «Недра», 1974, 256 с.
Книга представляет собой обобщение накопленного опыта
по транспорту и хранению сжиженных углеводородных газов.
В книге освещены основы физико-химических свойств сжижен ных газов, детально описаны вопросы транспорта и хранения.
Книга предназначена в качестве практического руководства для инженерно-технических работников и мастеров, связанных с эксплуатацией и проектированием систем транспорта и хранения сжиженных углеводородных газов, а также может служить учеб ным пособием для студентов, изучающих дисциплины по транс порту и хранению сжиженных газов.
Таблиц 51, иллюстраций IIP, список литературы — 75 на званий.
Р |
30805—123 |
229—74 |
(g) Издательство «Недра», 1971 |
|
043(01)—74 |
|
ТРАНСПОРТ И Х РА Н ЕН И Е УГЛЕВОДОРО ДНЫ Х С Ж И Ж Е Н Н Ы Х ГАЗОВ
Борис Соломонович Рачевский, Соломон Михайлович Рачевский, Иосиф Израильевич Радчик
Редактор издательства В. А. Куликова
Технические редакторы: В. В. Соколова, Л. Г. Лаврентьева
Переплет художника И. А. Дутова Корректор М. Л . Курылева
Сдано в набор 28/X I 1973 г. Подписано в печать 26/IX 1974 г. Т-01279. Формат 60 X 90*/,«. Бумага № 2. Печ. л. 16,25 с вкл. Уч.-изд. л. 17,91. Тираж 6000 экз. Заказ № 685/4040—8.
Цена 1 р. 06 к.
Издательство «Недра», 103633, Москва, К-12, Третьяковский проезд, 1/19.
Ленинградская типография JV5 6 «Союзполиграфпрома» при Государственном комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
196006, г. Ленинград, Московский пр., 91.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Газовая промышленность, как одна из наиболее молодых и пер спективных отраслей народного хозяйства СССР, получила за послед ние годы огромное развитие.
в |
За первые 10 послевоенных лет добыча природного газа выросла |
|
2,7 |
раза и в 1955 г. составила 9 млрд. м3. К концу последующих |
|
10 |
лет |
добыча природного газа возросла в 14,2 раза и составила! |
в 1965 |
г. 127,7 млрд. м3. |
|
В |
В текущем пятилетии темпы добычи газа еще более ускорились. |
|
1971 г. народное хозяйство страны получило 211 млрд, м3 газа, |
||
а в 1975 г. оно получит не менее 300 —320 млрд, м3 естественного газа. В настоящее время газ уже занял прочное место в обеспечении народного хозяйства топливом и сырьем. Основными потребителями газа является черная металлургия, машиностроение, химическая про мышленность, промышленность строительных материалов, электро
станции, транспорт, сельское хозяйство и др.
Применение газа приводит к улучшению качества выпускаемой продукции, снижению ее себестоимости, повышению производитель ности и облегчению условий труда. Большие выгоды и удобство от использования газа на бытовые нужды получает население.
Одним из важнейших условий создания материально-технической базы коммунизма является перестройка топливно-энергетического ба ланса страны, в котором неуклонно должна повышаться роль пер спективных видов топлив — нефти и газа. Поэтому в топливном ба лансе СССР все большее значение приобретает газ. Его удельный вес в общей добыче топлив по стране составил в 1970 г. 18,9% против 7,9% — в 1960 г. Достойное место в развитии газовой промышлен ности стали за последнее время занимать сжиженные углеводородные газы. В 1972 г. производство и потребление этого топлива составило более 5 млн. т. (рис. 1).
Предназначенные первоначально исключительно для бытовых це лей, сжиженные газы в настоящее время являются топливом с очень широким диапазоном применения: отопление бытовых и коммуналь ных помещений, сушка, резка и сварка металлов, топливо для
1* |
а |
двигателей внутреннего сгорания, тракторов, автомобилей, автопогруз чиков и др. Широкое применение сжиженные га,tit получили и в сель ском хозяйстве. Огромное значение имеют сжиженные газы как сырье для производства химических продуктов и синтетических ма териалов, а также как топливо для двигателей внутреннего сгорания
.автомобилей
1ЫС.1
8800
8 0 0 0
7Z00
6000
5600
т о т о
3 2 0 0
2000
|
1600 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 0 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1960 |
1962 |
1965 |
1967 |
1969 |
1970 |
1971 |
1970 |
1975 Годы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
{пр о ект ) |
|
Рис. 1. Диаграмма роста |
производства и потребления сжиженных |
|||||||
|
|
|
|
газов в СССР: |
|
|
|
||
|
1 — нефтехимическая |
промышленность; 2 — коммунально-бытовые нужды; |
|||||||
|
|
|
3 — прочие |
потребители |
|
|
|
||
1. |
Экономичность транспортировки. |
Для |
транспортировки сжи |
||||||
женных углеводородных газов нет необходимости в прокладке ши рокой сети газопроводов, строительства опор и электрических сетей. Их транспортируют в баллонах или емкостях по железной дороге,
по воде или автотранспортом в |
жидком состоянии. |
Поскольку |
||
в жидком состоянии сжиженный |
газ |
занимает примерно |
1/250 |
|
своего первоначальною объема (пропан |
1/290, бутан — 1/222), |
в еди |
||
нице объема этого газа сконцентрировано значительное |
количество |
|||
тепловой энергии. Например, в баллоне с наружным диаметром 0,3 м и высотой 0,47 м содержится 10 кг сжиженного газа, при испарении которого получается 5 м1*3 паров пропан-бутана суммарной теплотвор ностью в 120 000 ккал. Двух таких баллонов достаточно одной семье для приготовления пшцн и подогрева воды в течение целого месяца.
Благодаря «двойственной» природе, с одной стороны, сжиженные газы имеют преимущества жидкости при транспорте и хранении (лег кая транспортабельность, малый занимаемый объем, возможность при менения более тонкостенных сосудов, сравнительно простой арма туры и т. д.), а с другой стороны, находясь в газообразном состоянии, они приобретают преимущества, свойственные газам при их распре делении по сетям и сжигании.
2. Эффективность сгорания. Сжиженные углеводородные газы имеют высокую теплотворную способность (высшая теплота сгорания пропана —24,3 тыс. ккал/м3, бутана — 32,0 тыс. ккал/мя) и горят не обычно чистым пламенем. Но сравнению с природным газом сжижен ные газы имеют теплоту сгорания почти в 3 раза большую, а по сравнению с искусственным газом —в 6 раз большую. К.и.д. быто вых приборов, работающих на сжиженном газе, значительно выше, чем к. п. д. приборов, работающих на твердом и жидком топливе. Со четание значительной теплотворной способности н высокой темпера туры пламени обеспечивает большую тепловую эффективность сжи женного газа. Эффективная мощность пламени лропан-бутановой смеси, т. е. количества тепла, передаваемого этим пламенем в единицу вре мени, по сравнению с другими газами при одном и том же расходе газа наивысшая.
сжиженных газах отсутствует сера. Это обусловливает резкое снижение содержания вредных примесей в воздухе при сгорании газа
иулучшает условия труда обслуживаемого персонала.
3.Легкая регулируемость. Ручное или автоматическое управле
ние легко и надежно обеспечивает подачу |
сжиженного газа в жидкой |
и паровой фазах к газоиспользующим приборам. Четкость управле |
|
ния процессом горения газа is сочетании |
с легкостью его транспор |
тировки обеспечивает надежность использования этого топлива во |
|
многих процессах. При этом благодаря |
простоте регулировки про |
цесса сжигания сравнительно легко достигается высокая степень пол ноты сгорания, что обеспечивает эффективные технико-экономические показатели.
Сжиженные газы обладают также высокими антидетонационными свойствами (октановое число пропана — 120). Это создает благоприят ные условия для использования этих газов в качестве горючего в дви гателях внутреннего сгорания, повышает степень сжатия, резко увели чивает межремонтный пробег и сокращает расход смазочного масла.
В разных климатических районах страны в зависимости от .вре мени года предъявляются различные требования к составу сжижен ного газа, поскольку этим составом определяется степень и условия его испарения..
Сжиженный пропан может быть использован в широком темпе ратурном интервале от —35 до -(-45° С. Бутаны в наружных установках с естественным испарением в зимнее время применяться не могут. В то же время в условиях положительных температур бутаны имеют серьезные Преимущества перед пропаном, так как давление их паров при одинаковой температуре примерно вдвое ниже, чем
5
у пропана, что позволяет снижать расчетное давление в резервуарах, повышает безопасность при его использовании и т. д. Кроме того, теплотворная способность бутана значительно выше, чем пропана.
Не менее важным преимуществом сжиженных газов является воз можность их эффективного использования в условиях рассредоточен ной нагрузки в районах, отдаленных от магистральных газопроводов природного газа. Известно, что средние металловложения на газифи кацию 1000 квартир на прйродном и сжиженном газе составляют соответственно 88 и 17 тыс. т металла. При газификации на сжи женном газе в 2,5 раза снижаются удельные капиталовложения но
сравнению с газификацией на природном газе. Этот |
фактор имеет |
|||
в настоящее время решающее значение, особенно при |
газификации |
|||
сельского |
хозяйства. |
Об этом свидетельствуют данные |
табл. 1. |
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
Число (в тысячах) газифицированных квартир |
|
||
Годы |
|
|
Газификация на |
|
всего |
на природном |
сжиженном газе, % |
||
|
на сжиженном |
(от всего) |
||
|
|
газе |
газе |
|
1960 |
741,2 |
433,2 |
308,0 |
41,6 |
1965 |
1816,8 |
908,3 |
908,5 |
50,0 |
1966 |
2203,7 |
940,5 |
1263,2 |
57,3 |
1967 |
2357,4 |
986,8 |
1370,6 |
58,4 |
1968 |
2558,8 |
960,0 |
1598,8 |
62,5 |
1969 |
2779,1 |
1010,5 |
1768,6 |
63,8 |
1970 |
3126,0 |
1159,0 |
1967,0 |
63,1 |
1971 |
3373,5 |
1202,3 |
2171,2 |
64,2 |
В связи с ростом газификации на базе использования сжиженного газа резко увеличился расход его на коммунально-бытовые нужды. Если в 1960 г. на коммунально-бытовые нужды страны было израс ходовано 125 тыс. т сжиженного газа, то в 1970 г. расход его достиг
1,8 млн. т.
Рост производства и потребления сжиженных углеводородных газов, а также числа потребителей этих газов обусловил необходимость разработки многих технических проблем, связанных с производством, хранением, тра нспортированием и распределением этих газов. Одно временно это вызвало необходимость разработки и организации вы пуска широкого ассортимента приборов, аппаратов и арматуры, пред назначенных для использования сжиженных углеводородных газов.
В настоящей книге освещаются только вопросы, связанные с транспортом и хранением сжиженных углеводородных газов, как особо важный раздел производства — потребления сжиженных газов.
Авторы будут признательны всем читателям, которые известят их о замеченных недочетах книги.
Глава 1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Термин «сжиженные углеводородные газы» касается определенных смесей углеводородов: пропана, бутана, изобутана, смеси пропан-бу- гана. Среди обычно применяемых топлив сжиженные углеводород ные газы единственные в своем роде топлива, которые при сравни тельно небольшом давлении и нормальной температуре могут транс портироваться и храниться в жидком виде. Однако при нормальном давлении и сравнительно низких температурах эти смеси начинают испаряться и используются как газы. Переход сжиженных углево дородных газов в газообразное или жидкое состояние зависит от трех факторов — давления, температуры и объема.
Газообразные углеводороды, входящие в состав сжиженных газов, характеризуются высокой плотностью, значительно превышающей плотность воздуха, медленной диффузией в атмосферу, особенно при отсутствии ветра, невысокой температурой воспламенения, низкими пределами взрываемости в воздухе, возможностью образо вания конденсата при снижении температуры до точки росы или при повышении давления.
Жидкие углеводороды, входящие в состав сжиженных газов, характеризуются высоким объемным коэффициентом расширения, значительно превышающим коэффициент расширения бензина, ке росина и воды, малой плотностью, значительной упругостью паров, возрастающей с повышением температуры жидкости.
Для обеспечения безопасности при использовании сжиженного газа, а также правильного обращения с этим топливом необходимо учитывать следующие основные свойства этого газа:
1.Пары сжиженного газа тяжелее воздуха.
2.Пары газа диффундируют в атмосферу очень медленно. Только
при большой скорости ветра смешение паров сжиженного газа
ивоздуха ускоряется.
3.Открытое пламя зажигает газовоздушную смесь в пределах нижней и высшей границ взрывоопасности.
4.Газовоздушная смесь может быть доведена до концентрации ниже границы взрывоопасности при условии смешения этой смеси со
7
значительными объемами азота, двуокиси углерода или водяного пара.
5. Значительные объемы воды, распыляемые в газовоздуншую смесь, снижают возможность зажигания газовоздушной смеси.
6. Давление паров сжиженного газа значительно выше давления паров бензина. Поэтому сжиженные газы хранятся только в закры тых сосудах под давлением, оборудованных механизмами безо пасности.
7.При хранении сжиженного газа в открытых сосудах газ испа ряется, образуя с воздухом взрывоопасную смесь даже при условии, если температура воздуха несколько ниже температуры кипения жидкости.
8.При ускоренном отборе паров сжиженного газа из емкости
температура жидкости снижается, уменьшается также давление паров в емкости. Ускоренный отбор жидкости не снижает давление
вемкости.
9.При повышении наружной температуры жидкость значительно расширяется в емкостях, поэтому емкости хранилища сжиженных газов не следует заполнять полностью. Система регулировки на полнения емкостей должна быть такой, чтобы можно было контро лировать степень их заполнения или определять наливной вес сжи женных газов.
10.При контакте со сжиженными газами во время их откачки
или закачки в сосуды в результате ускоренной абсорбции тепла жидкостью при ее испарении в открытом пространстве возможно обмораживание рук, если изнршены рукавицы.
11.При перекачке паров сжиженного газа по распределительным трубопроводам пары конденсируются при условии, если наружная температура ниже температуры кипения жидкости.
12.Сжиженные углеводородные газы являются хорошими рас творителями нефтепродуктов и резины. В связи с этим в распредели тельных системах сжиженного газа должны применяться специальные смазки для устранения утечки газа и заменители резины, стойкие против растворения сжиженными газами.
ИСТОЧНИКИ ПОЛУЧЕНИЯ СЖИЖЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ
Основными источниками для производства сжиженных углево дородных газов являются попутные газы, жирные природные газы газоконденсатных месторождений, газы нефтестабилизации и неф тепереработки.
Попутные газы образуются при добыче нефти (рис. 2) как по бочный продукт. Из скважин 1 нефть вместе с газом поступает в трап-разделитель 2. В трапе отделяется жирный газ и выводится через верхний штуцер, а нефть из среднего штуцера направляется в резервуар. Жирный газ из трапа направляется на газоперера батывающую установку, где методом абсорбции извлекаются все
легкосжижаемые газы. Затем сжиженные газы отделяются 3 от абсорбента и подвергаются 'О фракционированию на отдель ные углеводороды. Выделение сжиженного газа из попутного может осуществляться не только методом абсорбции, но и путем
Природный газ
X
Ф
п
щ
а
о
ь
£
п
Я
а
х
2
х
(г>
Xs
X
Рис. 2. Простейшая схема перера ботки попутного газа с получением сжиженных газов:
1 — нефтяная скважина; |
2 — трап-раз |
:= |
|
делитель; я — нефтяная |
емкость; |
4 — |
|
трубопровод нестабильного газового бен |
а |
||
зина; .5 — абсорбер; я — десорбер; |
7 — |
||
колонна-стабилизатор |
|
и |
|
низкотемпературной сепарации. В результате переработки по путного газа на газоперераба тывающих заводах получают сухой газ, содержащий метан, этан и часть пропана, этансодер жащую фракцию, а также сжи женные газы: пропан, бутан, изобутан и компонент автобен зина — стабильный газовый бен зин.
ВЭ“?
1Я*0-и
<пц*ъ-1
вНЕЭ
•Н 8Э
’'НО
гоэ
I4CBJ омн
-хйэни и
SZH
xAtfcos
пюонхоин
X
о
еС
О - . . |
СО |
| |
|
|||
Ю Ю С О |
|
|||||
|
|
I |
со с."at |
I |
|
|
1^ сл со |
|
|
|
сл |
|
|
|
|
ю сл . |
||||
LOIDiri |
|
|
сГ сл" |
I |
||
|
|
оо |
—С4] - |
|
|
|
сл |
сл |
|
сГ |
|
|
|
сл сл сл |
|
|
|
|
|
|
со |
|
|
|
ZD |
со |
со |
|
LO ~ СЗ ю о |
|||||
l'- 0 0 |
С ." I"- |
СО~ |
чт-' СО с о |
|||
'ГН — |
О ! |
|
СЛ |
СЛ |
-Г- |
|
ср |
|
0 5 |
|
—I |
СЛ |
|
“ i—lo со lo С5 оо |
||||||
о" of —Г05 со —Г |
со' L--' |
|||||
СЛ СЛ с л |
|
СЛ |
|
|
|
|
05 |
|
0 5 |
|
|
v f |
|
ю sr |
|
zd oq со vt |
||||
•^COCOl'Г - о б с л "-сCOvrCOvJ'^о " о " 0 5 СО
с*- сл сл ^ сГсо'
V* LOО
05' 05' i ^ I
|
<1 I |
г |
|
|
о |
|
|
со *<? |
Ю |
ю с л ю 0 5 с л о о |
|
СО , 5 0 ^ ОС т н с о 1^ |
||
0 5 |
1C W . r . о с v f 0 0 |
|
|
о |
^ о |
|
ф |
|
|
|
|
ф |
|
|
|
|
|
$ |
|
|
о |
ф |
|
ф |
ф |
о |
^ и ^ |
|
о |
а |
|||
я |
р |
ф |
о |
X |
£ |
|
|
о |
л |
о |
о |
||
|
ч |
о |
о |
и |
||
|
о |
|
о |
X |
я |
о |
Я - |
|
|
f |
|
||
S С |
|
|
|
|
|
|
>> о |
|
|
|
|
|
|
9