Що таке зріджений газ (LPG). Властивості. Особливості. Використання

21.01.2022 г.

Liquid Petroleum Gas, він же нафтовий зріджений вуглеводневий газ (ЗВГ) є продуктом нафтопереробки (не плутати з метаном або природним газом). Основними складовими зрідженої газової суміші є пропан і бутан, обидва ці гази відносяться до вуглеводнів. Відсоткове співвідношення пропану та бутану залежить від пори року та кліматичних умов. Як правило, це співвідношення зафіксовано у «національних стандартах» конкретного регіону чи країни використання. У холодну пору року при температурах нижче +10℃ об’єм пропану повинен становити не менше 75 – 80 % (оскільки за низьких температур високий вміст пропану в суміші забезпечує надійне випаровування газу та його безперебійну подачу).
У теплу пору року частка пропану в суміші повинна становити не більше 40 %, тому що при високих температурах ефективнішою є суміш з низьким вмістом пропану (інакше в трубопроводах і балоні створюватиметься надлишковий тиск, а це може негативно вплинути на герметичність всіх вузлів системи).

Пропан-бутан побутового призначення відповідає стандарту ДСТУ 4047-01. При використанні зрідженого газу як палива для автотранспорту його якість в Україні з 2018 р. регламентується за ДСТУ ЕN589:2017, який повністю відповідає європейському стандарту EN 589. Із запровадженням нового стандарту вимоги до пропану стали суворішими. Особливу увагу тепер приділено відповідності встановленим нормам частки сірки, що міститься в суміші, відсутності вільної води, зменшенню суми ненасичених вуглеводнів, а також корозії мідної пластинки. Співвідношення пропану та бутану, відповідно до нового стандарту, буде вимірюватися тиском насиченої пари в суміші.

Транспортування зрідженого газу:

Властивості пропан-бутану:

• Горючий
• В газоподібному стані важче повітря
• В рідкому стані легше води
• Малотоксичний
• Октанове число приблизнор дорівнює 110 одиницям (при максимальних 100 одиницях у бензині)
• Не має запаху; з цієї причини спеціально одорований етилмеркаптаном
• Зріджується при тиску 16 атмосфер (бар) або 1,6 МПа
• Має високу пружність парів
• Має невисоку температуру та межі займистості (межа концентрації газу в повітрі, при якому газоповітряні суміші можуть займатися) Загоряння бутану відбувається при t – 430 ° C, пропана – 504 ° C. Нижня межа займистості бутану – 1,9%, пропану – 2,3%;

Температура займання у порівнянні:	Трикутник займання:
Межа займистості з повітрям:	Межа вибухонебезпечності:

• Суміш з пропана і бутану за фізичними властивостями важче за повітря. При витоку зріджений газ накопичується в підвалах, колодязях та в інших штучних і природних поглибленнях. З цієї причини заборонено встановлювати і використати устаткування, в якому використовується зріджений газ, в приміщеннях, розташованих нижче рівня землі. При потраплянні в атмосферу пропан-бутан осідає і, залежно від погодних умов і руху повітряних мас, може швидше або повільніше розчинятися в повітрі;
• Переходить у рідку фазу зі збільшенням тиску або при зниженні температури;
• Має великий коефіцієнт об’ємного розширення рідкої фази (коефіцієнт об’ємного розширення рідкої фази пропана в 16 разів, а бутану в 10 разів більше, ніж у води).
• Балони та резервуари заповнюються не більше ніж на 85% від свого геометричного об’єму. Заповнення більш ніж на 85% може призвести до їх розриву, подальшого швидкого витікання і випару газу, а також утворенню легкозаймистої і вибухонебезпечної суміші з повітрям;
• Пропан-бутан легко змішується з повітрям, рівномірно і повністю згорає, при цьому не залишаючи продуктів горіння у вигляді сажі і кіптяви в камерах згорання, котлах, форсунках і пальниках;
• Внаслідок випаровування 1 кг рідкої фази ЗВГ при н. у. утворюється 450 літрів парової фази. У одиницях об’єму – 1 м³ парової фази пропану має масу 1,97 кг;
• Пропан-бутан відноситься до екологічно-чистих джерел теплової енергії. Цей газ має у своєму складі мінімальну кількість сірки та інших шкідливих хімічних сполук. Спалювання газу не робить істотної шкоди атмосфері;

Перевідний фактор при кімнатній температурі:

• При згоранні 1 кг пропан-бутанової суміші виділяється близько 12,5 кВт*год теплової енергії ;

Міжнародне визначення зрідженого газу LPG = Liquified Petroleum Gas.

Об’єм та розширення пропан-бутану

У зрідженому стані об’єм, що займає газ, приблизно в 260 разів менше, ніж у газоподібному стані.

Об’ємне розширення пропану:

Ця властивість стала причиною широкого поширення та використання пропан-бутану, так як він дуже зручний у транспортуванні та дозволяє зберігати велику кількість енергії у досить маленьких ємностях.

Кінцевий продукт із однієї тонни сирої нафти під час перегонки:

При цьому вартість пропан-бутану досить низька, а теплотворність одного кг газу (~ 2 літри) приблизно дорівнює 12,5 кВт.

Калорійність скрапленого газу у порівнянні:

* 1 м³ LPG (газоподібного) має калорійність 26 кВт⋅год (22 350 ккал) !

Виникнення та повторне зрідження LPG:

Випаровування пропану в газових балонах:

Як відомо, єдиним правильним і точним визначенням залишку газу в балоні є його зважування на терезах з відрахуванням ваги порожнього балона, який повинен вказуватися на насічках у його верхній частині.

Останнім часом композитні газові балони для пропану користуються популярністю з огляду на цілу низку своїх очевидних переваг.

Споживачі газу (прилади, пристрої) поділяються на дві різні групи:

1. Використовують рідку фазу газу де, як правило, не потрібний регулятор тиску (автомобілі, вилкові навантажувачі);

2. Використовують парову фазу (газові плити, обігрівачі, газові грилі, холодильники тощо).

Відбір залишків газу з балона за відсутності рідкої фази:

Важливо пам’ятати, що для газових апаратів, що використовують газоподібну фракцію, відбір газу допускається лише у вертикальному положенні балона. Якщо газовий балон буде помилково розміщений горизонтально, у регулятор тиску, шланг і сам прилад споживання потраплятиме рідка фракція, що призведе до обмерзання регулятора та його неправильної роботи – а це може спричинити за собою ряд неприємних подій. Наприклад, вихід з ладу запірних елементів пристрою, його клапанів, форсунок тощо, а також наступного витоку газу.

Позиціонування балонів зі зрідженим газом:

Щоб не помилитися при виборі газового балона (стандартні обсяги 12, 18 л, 24,5 л, 26 л, 27 л, 33 л, 40 л, 80 л) потрібно розуміти, що кількість газу, що випаровується в одиницю часу, безпосередньо залежить від його об’єму (Водна місткість).

Для того, щоб досягти необхідної продуктивності пристрою, потрібно враховувати технічні вимоги (наприклад, тиск газу на його вході), час використання, а також температуру навколишнього середовища.

Нижче наведено таблицю відповідності випарів для популярних обсягів газових балонів (приблизно):

Прорахунок параметрів продуктивності пристрою (дані зазвичай наводяться у кВт) на кг/годину зрідженого пропану відбувається за наступною схемою:

Теплотворність 1 кг пропан-бутанової суміші відповідає 12,5 кВт за годину. Для приладу з тепловою потужністю 8,0 кВт потрібен відбір парової фази газу приблизно 0,64 кг/год (8,0 кВт: 12,5 кВт·год/кг = 0,64 кг/год)

Для цього прикладу максимально підходить газовий балон 80 л або газобалонна установка (рампа) з 2-х балонів, об’ємом по 26-27 л кожен та автоматичним або ручним перемиканням каналу подачі газу. Зверніть увагу, що максимальний обсяг наповнення газових балонів становить 80-85% від їхньої повної місткості, інакше в балоні просто не залишиться місця, куди має випаровуватися газ.

Розширення скрапленого газу:

Температура довкілля також впливає на випаровування газу всередині балона. Переважно це стосується відбору великих обсягів газу (при великій потужності газових пристроїв споживання). За низьких температур (менше +5°С) може швидко настати момент, коли температура газової суміші знизиться настільки, що подальше випаровування газу і відбір його парової фракції стане неможливим.

Крива тиску пари – Пропан та Бутан:

Крива тиску пари показує залежність стану газу між тиском та температурою у стані кипіння. Цей стан має місце тільки одночасно в стані рідкої та парової фази. Відсутність тиску може бути тільки в стані кипіння (пропан: – 42 ° С; бутан: 0 ° С) і нижче. При цьому відсутнє випаровування.

При зміні замерзлих балонів важливо перевіряти закриття вентиля, так як це може спровокувати витік газу з балона при подальшому розподілі газової суміші.

Переохолодження балонів, яке визначається обмерзанням їх зовнішніх стінок, можна уникнути за допомогою правильного розрахунку співвідношення кількості балонів і потужності установки до пристрою (-ям) споживання. Замерзлі балони, як результат надто великого відбору газу, повинні нагріватися «відпочивати» в природних умовах довкілля.

Категорично забороняється використовувати різні нагрівальні прилади, за винятком сертифікованих обігрівачів для газових балонів з термостатом та обмеженням максимального нагрівання не вище 40°С.

Висновки: