Файл: Рачевский, Б. С. Транспорт и хранение углеводородных сжиженных газов.pdf

ризующеися предельным давлением, равным упругости насыщенного водяного пара при данной температуре.

Если содержание водяных паров выше этого предела, начи­ нается конденсация избыточного количества водяных паров, т. е. они переходят в жидкую фазу.

Наличие влаги в газе может привести к образованию гидратов в трубопроводах, а также ледяных пробок в регуляторах и других приборах.

Различается влажность абсолютная и относительная.

Под абсолютной влажностью

понимают количество водя­ ных паров, находящееся в единице массы или объема газа.

Относительная влаж­ ность — это отношение фак­ тически содержащегося в газе водяного пара к максималь­ но возможному содержанию его при данных температуре и давлении.

Относительная влаж­ ность ф определяется как отношение парциального да­ вления находящихся в газе водяных паров рп к давле­ нию насыщенного водяного пара рн при данной темпе­ ратуре

Рп = Рн. т. е. ф = 1.

Содержание в газе водяных паров в состоянии насыщения (ф = 1)

иих упругость в зависимости от температуры приведены в табл. 18.

Впрактических расчетах определение влагосодержания углево­ дородных газов, если они находятся под давлением, значительно отличающимся от атмосферного, производится по графику на рис. 9.

При использовании сжиженных газов приходится производить

много операций не только с паровой фазой, с продуктом, находя­ щимся в жидком состоянии, содержание влаги в котором не подчи­ няется выше закономерностям.

Сжиженные пропан и бутан способны растворять значительные количества воды, содержание которой с повышением температуры увеличивается.

37

Содержание расткоренной воды в сжиженном пропане в зависимости от температуры

Следует также учесть, что содержание воды в 1 кг паров компо­ нентов сжиженного газа значительно превышает содержание ее в 1 кг жидкости, поэтому при наличии в сжиженных углеводоро­ дах воды в растворенном виде она будет интенсивно переходить из жидкой в паровую фазу. При этом с понижением температуры жидкости возрастает отношение содержания воды в парах к содер­ жанию ее в жидкости. Эту особенность сжиженных газов следует учесть при применении их в зимних условиях.

Содержание воды в паровой и жидкой фазах для пропана в зависимости от температуры

Углеводородные газы способны образовывать кристаллогидраты при наличии в них воды. Эти гидраты в зависимости от условий их образования представляют собой кристаллические тела, похожие на снег или лед.

Образование кристаллогидратов зависит от давления и темпера­ туры (табл. 19).

При анализе данных табл. 19 можно сделать вывод, что при наличии влаги в сжиженном газе, чем больше содержание тяжелых углеводородов в газе, тем легче образование кристаллогидратов.

Основные факторы образования кристаллогидратов — темпера­ тура и давление. Однако такие условия, как высокая скорость и тур­ булентность потока, пульсация от насоса и компрессора, быстрые повороты, усиливающие перемещение смеси, также способствуют образованию гидратов в сжиженных газах.

Гидраты углеводородных смесей являются нестойкими соедине­ ниями воды с газом, поэтому они могут существовать при наличии избытка влаги в газе, т. е. в условиях, когда парциальное давление водяного пара в газе больше упругости паров гидрата. Как только

38

парциальное давление водяного пара станет меньше упругости паров гидрата, последние немедленно начнут распадаться. Так как упру­ гость паров гидрата меньше упругости паров воды, то гидраты обра­ зуются при условии насыщения газа водяными парами и соответ­ ственной температуры и давления.

Таблица 19

Условия образования гидратов этана и пропана

Разложение углеводородных гидратов, образующихся в трубо­ проводах, приборах и аппаратах, может быть достигнуто подогре­ вом газа, снижением давления или вводом веществ, понижающих упругость паров, т. е. понижающих точку росы газа. Наибольшее применение для этих целей получил метанол.

Точка росы пропан-бутановых смесей

Температура, при которой влажный газ насыщается водяными парами, называется точкой росы. Если при постоянном давлении эти пары охладить, некоторая их часть начнет конденсироваться, выпадая в виде капелек жидкости. При повышении температуры насыщенных паров равновесие фаз будет смещаться в ином направле­ нии, т. е. из жидкой фазы усилится процесс испарения, который будет идти до тех пор, пока при новой температуре не наступит рав­ новесие фаз, характеризуемое насыщенностью пара.

Аналогичное явление может иметь место при постоянной темпе­ ратуре и изменении давления — равновесие фаз будет смещаться в ту или другую сторону, при чем двухфазная система будет всегда стремиться к сохранению состояния равновесия, которое характе­ ризуется насыщенностью паров, находящихся над жидкостью.

, Для различных паров чистых насыщенных углеводородов точка росы может быть определена по данным табл. 11. Так, например, пропану, находящемуся под давлением 5,56 кгс/см2, соответствует

39

точка росы, равная —5° С, м-бутану при давлении 5,451 кгс/см2

ооответствует точка росы +50° С.

Точка росы для смесей углеводородных газов зависит от их со­ става и общего давления, под которым находится смесь, и в соответ-

Рис. 10. Номограмма для определения точки росы смеси сжи­ женного газа, состоящей из пропана, изобутана и нормального бутана

ствии с законом Дальтона и Рауля может быть определена как тем­ пература, при которой справедливо следующее соотношение:

где г17 г 2, . . ., га — молярные концентрации компонентов; р 17 р 2, . . ., рп — парциальные давления компонентов; р — общее давление смеси.

Для распространенных смесей углеводородов с достаточной инженерной точностью точка росы может быть определена графи­ чески по номограмме на рис. 10.

Номограмма представляет собой треугольник, на каждой сто­ роне которого дано процентное содержание пропана, м-бутана и изо-

40

бутана. Для определения точки росы смеси по номограмме необ­ ходимо найти пересечение линий процентного содержания двух компонентов с вертикальной линией точки росы, значения которой отложены на шкале, параллельной одной из сторон треугольника (в дапном случае параллельно стороне, соответствующей к-бутану).

Например, для определения точки росы смеси, содержащей пропана 30%, к-бутана — 30% и изобутана — 40%, достаточно найти пересечение линии, соответствующей 30% пропана и 40% изобутана. Опустив из точки пересечения вертикальную прямую на шкалу температур, находим точку росы смеси, равную 12,9° С.

В практике газоснабжения применяются не только чистые угле­ водороды и их смеси, но и взрывобезопасные смеси углеводородов с воздухом. Точка росы, или температура, при которой начинается выпадение конденсата из газовоздупшой смеси, зависит от парци­ ального давления газа в смеси.

На рис. И , 12 и 13 приведены точки росы смесей пропана, н-бу­ тана и изобутана с воздухом в зависимости от давления и содержания их в смеси в объемных процентах.

Скорость распространения пламени и пределы взрываемости

Горение сжиженных углеводородных газов всегда сопровожда­ ется пламенем. Скорость распространения пламени имеет важное значение, и при расчетах газовой аппаратуры, газогорелочных устройств и сжигании газа эту величину необходимо учитывать.

На скорость распространения пламени, кроме состава и свойств газа, значительное влияние оказывают степень и интенсивность смешения газа с воздухом, предварительный подогрев воздуха и состав газовоздушной смеси.

Кривые скорости распространения пламени для разных горю­ чих газов, в том числе пропана и бутана, в зависимости от содержа­ ния в смеси первичного воздуха приведены на рис. 14.

При уменьшении содержания в газовоздушной смеси горючей части скорость распространения пламени уменьшается. При этом по достижении определенного предела горючей части смесь теряет способность воспламеняться.

При увеличении содержания^ в газовоздушной смеси горючей части может также наступить такой момент, когда скорость распро­ странения пламени начнет уменьшаться. По достижении определен­ ных пределов смесь, богатая горючими компонентами, теряет спо­ собность гореть. В связи с этим различают нижний и верхний пре­ делы воспламеняемости или взрываемости горючих газов.

Низший предел взрываемости горючих газов — это минимальное содержание горючей части в газовоздушной смеси, при котором смесь остается горючей и воспламеняется от какого-либо источ­ ника воспламенения.

42