Пропан, бутан

Сжиженные углеводородные газы (пропан, бутан)

     К сжиженным углеводородным газам (СУГ) относятся такие газы, которые при нормальных физических условиях (т. е. при температуре 0 °С и давле­нии 760 мм рт. ст. (101,3 кПа)) находятся в газообразном состоянии, а при относительно небольшом повышении давления (без снижения температу­ры) переходят в жидкое состояние. Это позволяет перевозить и хранить их с удобствами, характерными для жидкостей, а сжигать - с удобствами, ха­рактерными для горючих газов. Сжиженные газы можно перевозить на боль­шие расстояния в железнодорожных и автомобильных цистернах, в баллонах различного объема, а также транспортировать по магистральным трубопро­водам. СУГ имеют высокую теплоту сгорания.

     Источники получения сжиженных газов и их основной состав. Основ­ными компонентами СУГ являются пропан С3Н8 и бутан С4Н10. Сжиженный газ находится в двухфазном состоянии - парожидкостном. Получают сжи­женные газы на газобензиновых и нефтеперерабатывающих заводах путем переработки попутных нефтяных газов. С заводов сжиженный газ в желез­нодорожных цистернах поступает на газонаполнительные станции (ГНС) или пункты (ГНП).

     Углеводородные сжиженные газы должны изготовляться в соответствии с требованиями ГОСТ 20448-90 «Газы углеводородные сжиженные топлив­ные для коммунально-бытового потребления. Технические условия» по тех­нологическому регламенту, утвержденному в установленном порядке.

     ГОСТ 20448-90 предусматривает следующие марки газов и области при­менения: ПТ - пропан технический (массовая доля пропана и пропилена не менее 75%); СПБТ - смесь пропана и бутана технических (массовая доля бутанов и бутиленов не более 60%); БТ - бутан технический (массовая доля бутанов и бутиленов не менее 60%).

     Сжиженный пропан можно использовать при температуре до - 30 °С. При более низкой температуре пары пропана конденсируются и газоснабжение прекращается при -42 °С. Пары технического бутана начинают конденсиро­ваться при -0,5 °С. Применение различных марок сжиженных газов в зави­симости от макроклиматических районов приведено в таблице.

Применение различных марок сжиженного газа

Система газоснабжения

 

Сжиженный газ для макроклиматического района (по ГОСТ 16350-80)

 

умеренного

 

холодного

 

Летний

 

Зимний

 

Летний

 

Зимний

 

 

 

период

 

период

 

период

 

период

 

Газобаллонная:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с наружной установкой баллонов

 

СПБТ

 

ПТ

 

СПБТ

 

ПТ

 

с внутриквартирной установкой баллонов

 

СПБТ

 

СПБТ

 

СПБТ

 

СПБТ

 

портативные баллоны

 

БТ

 

БТ

 

БТ

 

БТ

 

Примечания:

1. Все макроклиматические районы, за исключением холодного и очень холодного: летний период - с 1 апреля по 1 октября; зимний период - с 1 октября по 1 апреля.

2. Холодный район: летний период - с 1 июня по 1 октября; зимний период - с 1 октяб­ря по 1 июня.

3. Очень холодный район: летний период - с 1 июня по 1 сентября; зимний период - с 1 сен­тября по 1 июня.

Основные физико-химические свойства сжиженных углеводородных газов

     Плотность пропана - 2 кг/м3; бутана - 2,7 кг/м3. Температура воспламенения: для пропана в воздухе при давлении 760 мм рт. ст. температура воспламенения составляет 466 °С, а для бутана - 405 °С. При работе со сжиженным газом необходимо учитывать его низкую температуру воспламенения: даже при отсутствии открытого огня может про­изойти воспламенение газа от сильно нагретых предметов.

     Максимальная температура горения СУГ в смеси с воздухом - 2500 °С. Пределы воспламенения (взрываемости): СУГ образуют с воздухом взрывоо­пасные смеси при концентрации паров пропана 2,1 - 9,5%, бутана 1,5 - 8,5% (по объему) при давлении 98066 Па (1 атм) и температуре 15-20 °С. Если, например, в воздухе помещения каждые 100 м3 объема будут содержать не менее 1,5 м3 и не более 8,5 м3 С4Н10, то при наличии источника огня может произойти взрыв.

     Состав СУГ меняется в зависимости от условий применения, соответст­венно резко меняется и диапазон его воспламенения. Пределы воспламене­ния пропан-бутановых смесей зависят от пределов воспламенения (взрыва­емости) отдельных компонентов, входящих в газовую смесь. Нижний или верхний предел воспламеняемости (взрываемости) для газовой смеси мож­но определить по формуле

BCM=100 / ( x/bx+y/by+z/bz).

где х, у, z - содержание компонентов, % (об.);

bx. by. bz  - верхний или нижний предел воспламеняемости (взрываемости) отдельных компонентов, входящих в газовую смесь,

     Упругость насыщенных паров. При использовании сжиженных угле-водородных газов приходится иметь дело с двухфазной системой жид­кость - пар. При этом в общем случае происходит или конденсация па­ра, или испарение жидкости. Давление, при котором жидкость находится ; равновесном состоянии с паром, называется упругостью насыщенных трое. Определенной температуре соответствует определенная упругость насыщенных паров, и наоборот, заданной упругости насыщенных паров соответствует определенная температура. Иными словами, упругость на­сыщенных паров - это давление газа в закрытой емкости (баллоне) при данных условиях.

Если, поддерживая постоянную температуру, сжимать пар, находя­щийся над жидкостью, то происходит его конденсация; наоборот, если уве­личивать объем, занимаемый паром, то продолжается испарение жидкости.

Давление (упругость) насыщенных паров углеводородов, входящих в состав сжиженного газа, имеет важное практическое значение. С одной стороны, желательно, чтобы давление насыщенных паров в емкости со сжижен­ным газом было невысокое, так как снижается металлоемкость и стоимость оборудования. С другой стороны, при любой температуре среды в емкос­ти должно быть такое давление насыщенных паров, чтобы обеспечивались нормальная подача газа на газовые приборы. Согласно ГОСТ 20448-90 давление насыщенных паров СУГ при температуре плюс 45 °С не более - 6 кгс/см2. Для ПТ при минус 20 °С давление насыщенных паров должно быть не менее 1,6 кгс/см2.

     Охлаждающие свойства. При газоснабжении сжиженным газом возмож­ны случаи максимального отбора паровой фазы из баллонов. Жидкая фаза будет кипеть и переходить в паровую, на что будет расходоваться большое количество теплоты. В первую очередь это тепло будет отбираться от самой жидкой фазы, и жидкость будет постепенно охлаждаться. Тепло будет также отбираться и от окружающей среды, от оборудования, в контакте с которым была жидкость. Наружная поверхность емкости (баллона) при этом покро­ется снежной «шубой».

     Обмерзание баллонов и арматуры возможно как в зимнее, так и в лет­нее время года, как на открытом воздухе, так и в отапливаемом помещении. Отрицательные температуры вызывают опасные воздействия на материалы (чугун, сталь, резину), которые становятся хрупкими (хладоломкими) и раз­рушаются при обычных механических нагрузках.

 

 Упругость насыщенных паров углеводородных газов, МПа (абс.)

Температура, °С

 

Пропан

 

Бутан

 

-50

 

0,070

 

-

 

-45

 

0,088

 

-

 

-40

 

0,109

 

-

 

-35

 

0,134

 

-

 

-30

 

0,164

 

-

 

-25

 

0,197

 

-

 

-20

 

0,236

 

-

 

-15

 

0,285

 

0,056

 

-10

 

0,338

 

0,068

 

- 5

 

0,399

 

0,084

 

0

 

0,466

 

0,102

 

5

 

0,543

 

0,123

 

10

 

0,629

 

0,146

 

15

 

0,725

 

0,174

 

20

 

0,833

 

0,205

 

25

 

0,951

 

0,240

 

30

 

1,080

 

0,280

 

35

 

1,226

 

0,324

 

40

 

1,382

 

0,374

 

45

 

1,552

 

0,429

 

50

 

1,740

 

0,490

 

55

 

1,943

 

0,557

 

60

 

2,162

 

0,631

 

Другой вид охлаждения газа происходит за счет эффекта Джоуля-Томсона:

газ, находящийся под высоким давлением, проходя через дроссель (отверс­тие, вентиль, клапан) из области высокого давления в область более низкого давления, при отсутствии подвода тепла охлаждается. Иногда это охлажде­ние настолько значительно, что на участке, по которому идет газ, выступает иней, а капельки воды, образовавшиеся от конденсации водяных паров, име­ющихся в атмосфере, даже замерзают.

 

     При применении материалов и оборудования для хранения, транспорти­ровки сжиженных газов необходимо учитывать их работу при отрицательных температурах. Для предупреждения несчастных случаев необходимо исклю­чить возможность попадания сжиженных газов на человека. Персонал, ра­ботающий со сжиженными газами, должен иметь защитные средства. На ру­ки необходимо надевать прорезиненные или кожаные перчатки (рукавицы). Хлопчатобумажные и шерстяные перчатки не защищают руки от обморажи­вания, а, напротив, способствуют их поражению, так как быстро впитывают жидкую фазу. Глаза следует защищать специальными очками с боковыми окрылками (при попадании в глаза жидкой фазы возможна потеря зрения). Для защиты тела необходимо использовать прорезиненный фартук.

     Объемное сжатие. Для эксплуатационных характеристик сжиженного га­за важное значение имеет его способность сжиматься и сжижаться, причем при сжижении объем углеводородных газов значительно уменьшается. Так, 1 м3 сжиженного метана при испарении в газообразном виде займет объем 625 м3,1 м3 сжиженного пропана - 290 м3. Сжимаемость (уменьшение перво­начального объема жидкости при сжатии) сжиженных углеводородных газов по сравнению с жидкостями очень велика, например, сжимаемость пропана в 16 раз больше, чем воды.

    Объемное расширение. Сжиженные углеводороды имеют весьма высокий коэффициент объемного расширения. Это свойство необходимо учитывать особенно при заполнении баллонов, которые не оборудованы предохрани­тельными клапанами.

    Изменение объема сжиженных углеводородов при изменении температу­ры среды характеризуется коэффициентом объемного расширения. Его зна­чение для сжиженных углеводородных газов значительно больше, чем для некоторых жидкостей. Коэффициент объемного расширения жидкого про­пана в 16 раз больше, чем воды, бутана - в 11 раз. Сосуды и арматуру для транспортировки и хранения сжиженных газов необходимо рассчитывать на прочность по максимальной температуре окружающей среды.

     При 100%-ном заполнении сосуда, цистерны или баллона жидкими углево­дородами и последующем увеличении температуры окружающей среды про­изойдет разрушение сосудов от объемного расширения жидкой фазы. Поэтому необходимо предусматривать значительные резервные незаполняемые объемы, что приводит к увеличению расхода металла на тонну транспортируемого или хранимого сжиженного газа. Максимальное заполнение сосудов, включая и транс­портные цистерны, не должно превышать 85% геометрического объема.

   Требования безопасности при работе с СУГ. Сжиженные углеводород­ные газы пожаро- и взрывоопасны, малотоксичны, по степени воздействия на организм относятся по ГОСТ 12.1.007-76 к 4-му классу опасности.

Под токсичностью понимают отравляющее действие вещества на живые организмы.

 

    Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны пропана и бутана - 300 мг/м3.

Сжиженные газы, попадая на тело человека, вызывают обмораживание, напоминающее ожог.

Пары сжиженного газа могут скапливаться в низких и непроветривае­мых местах.

Человек, находящийся в атмосфере с небольшим содержанием паров сжи­женного газа в воздухе, испытывает кислородное голодание, а при значитель­ных концентрациях в воздухе может погибнуть от удушья.

Сжиженные углеводородные газы действуют на организм наркотически. Признаками наркотического действия являются недомогание и головокру­жение, затем наступает состояние опьянения, сопровождаемое беспричинной веселостью, потерей сознания.

Пары сжиженных углеводородных газов быстро накапливаются в орга­низме при вдыхании и столь же быстро выводятся через легкие, в организме человека не накапливаются.

При высоких концентрациях сжиженных углеводородных газов необхо­димо использовать шланговые изолирующие противогазы с принудительной подачей чистого воздуха. При небольших концентрациях используют филь­трующие противогазы (БКФ коробка желтого цвета).

В помещениях производства и хранения сжиженных углеводородных газов запрещается обращение с открытым огнем, искусственное освещение долж­но быть выполнено во взрывозащищенном исполнении, все работы следует проводить инструментами, не дающими при ударе искры.

Все производственные помещения должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией, обеспечивающей десятикратный воздухооб­мен в течение 1 ч и чистоту воздуха рабочей зоны производственных по­мещений.

В производственных помещениях и на открытых площадках должен быть периодический контроль содержания углеводородов в воздухе ра­бочей зоны. Для анализа используют анализаторы типа УГ-2 и аналогич­ные приборы.

Защита оборудования от вторичных проявлений молний и статическо­го электричества должна соответствовать правилам защиты от статического электричества производств химической, нефтехимической и нефтеперераба­тывающей промышленности.

При загорании применяют следующие средства пожаротушения: углекислотные огнетушители и пенные марки ОХП-10, воду в виде компактных и распыленных струй в тонкораспыленном виде, сухой песок, водяной пар, асбестовое полотно и др.

 

    
    

     

     

     

     

    Написать сообщение