RU
UA

Композитный газовый баллон – взрывобезопасный, ударопрочный, надежный

Что такое сжиженный газ (LPG). Свойства. Особенности. Использование.

Пятница Январь 21st, 2022

Что такое сжиженный газ (LPG). Свойства. Особенности. Использование.

Liquid Petroleum Gas, он же нефтяной сжиженный углеводородный газ (СУГ), является продуктом нефтепереработки (не путать с метаном или природным газом). Основными составляющими сжиженной газовой смеси – являются пропан и бутан, оба этих газа относятся к углеводородам.
Процентное соотношение пропана и бутана зависит от времени года и климатических условий. Как правило, это соотношение зафиксировано в «национальных стандартах» конкретного региона или страны использования. В холодное время года при температурах ниже +10℃ объем пропана должен составлять не менее 75 – 80 % (так как при низких температурах высокое содержание пропана в смеси обеспечивает надежное испарение газа и его бесперебойную подачу).

В теплое время года доля пропана в смеси должна составлять не более 40 %, так как при высоких температурах более эффективной является смесь с низким содержанием пропана (иначе в трубопроводах и баллоне будет создаваться избыточное давление, а это может негативно повлиять на герметичность всех узлов системы).

Пропан-бутан бытового назначения соответствует стандарту ДСТУ 4047-01. При использовании сжиженного газа, как топлива для автотранспорта, его качество в Украине с 2018 г. регламентируется по ДСТУ ЕN589:2017, который полностью соответствует европейскому стандарту EN 589. С введением нового стандарта требования к пропану стали более строгими. Особое внимание теперь уделено соответствию установленным нормам содержащейся в смеси доли серы, отсутствию свободной воды, уменьшению суммы непредельных углеводородов, а также коррозии медной пластинки. Соотношение пропана и бутана, в соответствии с новым стандартом, будет измеряться давлением насыщенных паров в смеси.

Транспортировка сжиженного газа:

Свойства пропан-бутана:

  • Горючий
  • В газообразном состоянии тяжелее воздуха
  • В жидком состоянии легче воды
  • Малотоксичен
  • Октановое число примерно равно 110 единицам (при максимальных 100 единицах в бензине)
  • Не имеет запаха; по этой причине специально одорирован этилмеркаптаном
  • Сжижается при давлении 16 атмосфер (бар) или 1,6 МПа
  • Обладает высокой упругостью паров
  • Имеет невысокую температуру и пределы воспламеняемости (предел концентрации газа в воздухе, при котором газовоздушные смеси могут воспламеняться) Возгорание бутана происходит при t — 430°C, пропана — 504°C. Нижний предел воспламеняемости бутана — 1,9%, пропана — 2,3%;
Температура воспламеняемости в сравнении: Треугольник воспламеняемости:
Граница воспламеняемости с воздухом: Граница взрывоопасности:
  • Смесь из пропана и бутана по физическим свойствам тяжелее воздуха. При утечке сжиженный газ накапливается в подвалах, колодцах и в других искусственных и естественных углублениях. По этой причине запрещено устанавливать и использовать оборудование, в котором используется сжиженный газ, в помещениях, расположенных ниже уровня земли. При попадании в атмосферу пропан-бутан оседает и, в зависимости от погодных условий и движения воздушных масс, может быстрее или медленнее растворяться в воздухе;
  • Переходит в жидкую фазу при увеличении давления или при снижении температуры;
  • Обладает большим коэффициентом объемного расширения жидкой фазы (коэффициент объемного расширения жидкой фазы пропана в 16 раз, а бутана в 10 раз больше, чем у воды).
  • Баллоны и резервуары наполняются не более чем на 85% от своего геометрического объема. Наполнение превышающее 85% может привести к их разрыву, последующему стремительному вытеканию и испарению газа, а также образованию легковоспламеняющейся и взрывоопасной смеси с воздухом;
  • Пропан-бутан легко смешивается с воздухом, равномерно и полностью сгорает, при этом не оставляя продуктов горения в виде сажи и копоти в камерах сгорания, котлах, форсунках и горелках;
  • В результате испарения 1 кг жидкой фазы СУГ при н. у. образуется 450 литров паровой фазы. В единицах объема – 1 м³ паровой фазы пропана имеет массу 1,97 кг;
  • Пропан-бутан относится к экологически-чистым источникам тепловой энергии. Этот газ имеет в своем составе минимальное количество серы и других вредных химических соединений. Сжигание газа не оказывает существенного вреда атмосфере.

Переводной фактор при комнатной температуре:

  • При сгорании 1 кг пропан-бутановой смеси выделяется около 12,5 кВт*ч тепловой энергии;

Международное обозначение жидкого газа LPG = Liquified Petroleum Gas.

Объем и расширение пропан-бутана

В сжиженном состоянии занимаемый газом объем приблизительно в 260 раз меньше, чем в газообразном состоянии.

Объёмное расширение пропана:

Это свойство стало причиной широкого распространения и использования пропан-бутана, так он очень удобен в транспортировке и позволяет сохранять большое количество энергии в достаточно маленьких емкостях.

Конечный продукт из одной тонны сырой нефти при перегонке:

При этом стоимость пропан-бутана достаточно низкая, а теплотворность одного кг газа (~ 2 литра) приблизительно равна 12,5 кВт.

Калорийность сжиженного газа в сравнении:

* 1 м3 LPG (газообразного) имеет калорийность 26 кВт⋅ч (22 350 ккал)!

Одно из самых важных свойств пропан-бутановой смеси – это образование двухфазной среды «жидкость – пар» (она образуется вследствие того, что возникает давление насыщенного пара, то есть давление пара при присутствии жидкой фазы в газовом баллоне). В процессе, когда наполняется баллон, первые порции LPG очень быстро испаряются, и заполняют весь объем резервуара, при этом создавая в нем определенное давление. А при уменьшении давления сжиженный нефтяной газ мгновенно испаряется и это испарение происходит до того момента, пока пары газа не достигнут насыщения.

Возникновение и повторное сжижение LPG:

Испарение пропана в газовых баллонах:

Как известно, единственным правильным и точным определение остатка газа в баллоне является его взвешивание на весах с вычетом веса пустого баллона, который должен указываться на насечках в его верхней части.

В последнее время композитные газовые баллоны для пропана пользуются растущей популярностью ввиду целого ряда своих очевидных преимуществ.

Потребители газа (приборы, устройства) делятся на две принципиально разные группы:

1. Использующие жидкую фазу газа где, как правило, не требуется регулятор давления (автомобили, вилочные погрузчики);

2. Использующие паровую фазу (газовые плиты, обогреватели, газовые грили, холодильники и т.д.).

Отбор остатков газа из баллона при отсутствии жидкой фазы:

Важно помнить, что для газовых аппаратов, использующих газообразную фракцию, отбор газа допускается только в вертикальном положении баллона. Если газовый баллон будет ошибочно размещен горизонтально, в регулятор давления, шланг и сам прибор потребления будет попадать жидкая фракция, что приведет к обмерзанию регулятора и его неправильной работе – а это может повлечь за собой ряд неприятных событий. Например, выход из строя запорных элементов устройства, его клапанов, форсунок и пр., а также последующей утечке газа.

Позиционирование баллонов со сжиженным газом:

Чтобы не ошибиться при выборе газового баллона (стандартные объемы 12, 18 л, 24,5 л, 26 л, 27 л, 33 л, 40 л, 80 л) нужно понимать, что количество испаряемого газа в единицу времени напрямую зависит от его объема (водная вместимость).

Для того, чтобы достичь необходимой производительности устройства, нужно учитывать технические требования (например, давление газа на его входе) время использования, а также температуру окружающей среды.

Ниже приведена таблица соответствия испарений для популярных объемов газовых баллонов (приблизительно):

Отбор и нагрузка, кг/час размеры баллонов
12 л/ 5 кг. 27 л/ 11 кг. 80 л/ 33 кг
Кратковременный или импульсный отбор (20 мин) 1,0 кг/час 1,5 кг/час 3,0 кг/час
Периодический или при приостановке на время равное времени отбора (работы) 0,5 кг/час 0,8 кг/час 1,8 кг/час
Долговременный 0,2 кг/час 0,3 кг/час 0,6 кг/час

 

Просчет параметров производительности устройства (данные обычно приводятся в кВт) на кг/час сжиженного пропана происходит по следующей схеме:

Теплотворность 1 кг пропан-бутановой смеси соответствует 12,5 кВт в час. Для прибора с тепловой мощностью в 8,0 кВт требуется отбор паровой фазы газа в примерно 0,64 кг/час (8,0 кВт: 12,5 кВт·час/кг = 0,64 кг/час)

Для этого примера максимально подходит газовый баллон 80 л или газобаллонная установка (рампа) из 2-х баллонов объемом по 26-27 л. каждый и автоматическим или ручным переключением канала подачи газа. Обратите внимание, что максимальный объем наполнения газовых баллонов составляет 80-85% от их полной вместимости, в противном случае в баллоне попросту не останется места, куда должен испаряться газ.

Расширение сжиженного газа:


Температура окружающей среды также влияет на испарение газа внутри баллона. В большей степени это касается отбора больших объёмов газа (при большой мощности газовых устройств потребления). При низких температурах (менее +5°С) может быстро наступить момент, когда температура газовой смеси понизится настолько, что дальнейшее испарение газа и отбор его паровой фракции станет невозможным.

Кривая давления пара – Пропан и Бутан:
Кривая давления пара показывает зависимость состояния газа между давлением и температурой в состоянии кипения. Это соcтояние имеет место только одновременно в состоянии жидкой и паровой фазы. Отсутствие давления может быть только в состоянии кипения (пропан: – 42 °С; бутан: 0 °С) и ниже. При этом отсутствует испарение.

При смене замерзших баллонов важно проверять закрытие вентиля, так как это может спровоцировать утечку газа из баллона при последующем размерзании газовой смеси.

Переохлаждение баллонов, определяемое изморозью на их внешних стенках, можно избежать посредством правильного расчета соотношения количества баллонов и мощности установки к устройству (-ам) потребления. Замерзшие баллоны, как результат слишком большого отбора газа, должны нагреваться «отдыхать» в естественных условиях окружающей среды.

Категорически запрещается использовать различные нагревательные приборы, за исключением сертифицированных обогревателей для газовых баллонов с термостатом и ограничением максимального нагрева не выше 40°С.

Выводы:

Содержимое баллона:

10 килограмм пропана

Имеет газа жидкой фазы:

Примерно 20 литров

Если этот газ испаряется, то объём газообразной формы будет:

5200 литров

Воспламеняемая газовая смесь составит:

260 000 литров

•••
Вернуться в блог

Наши контакты