Лабораторная работа №3.

«Процесс наполнения баллонов и автоцистерн сжиженным газом»

Цель работы:

Изучение процесса наполнения автоцистерн, состава использующегося оборудования, расчёт основных параметров процесса

Задачи работы:

Используя составленную схему ГНС ( Лабораторная работа № 1), исходные параметры (таблицы 2.3 и 2.5) определить:

1. величину давления создаваемого компрессором (Р_н) на нагнетательной линии;

2. давление сжиженного газа на выходе из опорожняемого резервуара;

3. потери напора в линии нагнетания сжиженного газа на участке «насосное отделение – площадка наполнительных колонок».

Таблица 2.5

Содержание работы

1. По составленной схеме процесса налива принимают длины трубопроводов жидкой и паровой фаз.

2. Определяются расчётные длины участков трубопроводов.

3. Производится гидравлический расчёт всасывающих и нагнетательных трубопроводов обеих фаз.

4. Делаются выводы и даются ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Перемещение СУГ в процессе заполнения.

2. Контролируемые параметры процесса.

3. Особенности расчёта параметров процесса наполнения автоцистерн и процесса слива СУГ.

4. Особенности проведения процесса наполнения автоцистерн и процесса слива нефтепродуктов.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Оборудование ГНС

Основными технологическими операциями ГНС являются: прием сжиженных газов, поступивших в железнодорожных цис­тернах; слив сжиженных газов из железнодорожных цистерн в свои хранилища; хранение сжиженных газов в надземных ре­зервуарах и баллонах; наполнение сжиженными газами балло­нов и автоцистерн; ремонт и освидетельствование баллонов; до­ставка сжиженных газов потребителям в баллонах и автоцис­тернах.

Следовательно, ГНС предназначена для приема, хранения и снабжения сжиженными газами в баллонах и автоцистернах на­селения, коммунально-бытовых, промышленных и сельскохозяйст­венных потребителей. Отправка сжиженных газов потребителям в баллонах осу­ществляется автотранспортом. Число автомобилей и их типы оп­ределяются при привязке проектов в соответствии с принятой в каждом конкретном случае системой распределения сжижен­ных газов. В приложении 1 дана принципиальная технологическая схема ГНС сжиженных газов.

На ГНС предусмотрено раздельное хранение сжиженных га­зов с повышенным содержанием бутанов (до 60%) и техниче­ского пропана, а также их раздельная раздача в баллоны и авто­цистерны. На ГНС предусмотрен одновременный слив сжиженных газов из железнодорожных цистерн с разным процентным соот­ношением пропана и бутанов.

В зависимости от клима­тических условий эксплуатации операции слива и налива на ГНС могут осуществляться с помощью двух вариантов: «насосно-компрессорного»-для летнего периода и «насосно-испарительного»-для зимнего периода времени.

При работе ГНС по насосно-компрессорной схеме все сливо-наливные операции осуществляются с помощью насосов и компрессоров. Компрессоры используются для слива сжиженных газов из железнодорожных цистерн, создавая напор перед насо­сами, перекачивающими сжиженные газы, и отсасывания оста­точных паров сжиженных газов из железнодорожных цистерн, поддержания низкого давления в резервуарах неиспарившихся остатков, куда сливается газ из переполненных баллонов. Насосами подаются сжиженные газы из резервуаров базы хранения в наполнительный цех для наполнения баллонов и на колонки для наполнения автоцистерн и заправки газобаллонных автомо­билей. Наряду с насосами и компрессорами для операций слива-налива используются также проточные испарители, которые пре­дусмотрены в основном для газоснабжения котельной ГНС в слу­чае необходимости.

Это связано с тем, что в условиях низких температур (север­ные районы страны) в резервуарах хранилища имеет место низ­кое давление паровой фазы и, как следствие, низкое давление на всасывании компрессора и недостаточный подпор перед насо­сами. Из-за малого количества паров в резервуарах хранилища и их низкой упругости процесс нагнетания паровой фазы в резер­вуары происходит медленно и длится очень долго, что приводит к быстрому износу компрессоров. Все эти факторы отрицательно влияют на операциях слива и налива сжиженных газов и на работе насосно-компрессорного оборудования.

Для повышения упругости насыщенных паров в паровом объ­еме железнодорожной цистерны при ее сливе и для отсоса паров пропан-бутанов из железнодорожных цистерн по окончании их слива в летний период времени служит компрессор. Кроме того, компрессор предназначен для обеспечения работы насосов, т. е. создания подпора на всасывающей линии насосов, а также соз­дания перепада давления паров газа в сливаемых баллонах. С помощью компрессора в резервуаре, куда сливаются газ из переполненных баллонов и неиспарившиеся остатки газа, под­держивается низкое давление.

При сливе железнодорожных цистерн компрессор засасывает пары пропан-бутанов из одной группы резервуаров и нагнетает их в железнодорожные цистерны, создавая тем самым перепад давления 0,2—0,3 МПа. Для обеспечения необходимого подпора на всасывании насоса, компрессор всасывает пары пропан-бута­нов из одной группы резервуаров в другую, тем самым осуществ­ляя подачу сжиженных газов на всасывании насоса с необходи­мым давлением. Для этой цели на ГНС устанавливаются три компрессора, два из которых являются рабочими, а третий- резервный. Два рабочих компрессора обвязаны на разные про­дукты- пропан и пропан-бутаны, обвязка резервного компрес­сора дает возможность работать как на пропане, так и на пропан-бутанах. На всасывающей линии компрессоров установлен конденсатосборник, на нагнетательной- обратный клапан и мас­лоотделитель.

Роль компрессоров в зимний период времени, т. е. при мину­совых температурах воздуха, выполняют испарители. На ГНС установлено три испарителя. Обвязка испарителей по своему назначению аналогична обвязке компрессоров. В данной технологической схеме расходные испарители работают в режиме на­порных. Перед началом эксплуатации испаритель заполняется пропаном за счет упругости паров газа, имеющейся в резервуа­рах хранилища. Одновременно пропан подается и в котельную, для того чтобы нагреть теплоноситель до требуемой температуры. При достижении жидкой фазой газа в испарителе уровня 85 % датчик максимального уровня подает требуемый сигнал и регу­лирующий клапан прикрывает подачу газа. После этого в испа­ритель подается теплоноситель с температурой, обеспечивающей необходимое давление газа на всасывании насоса в зависимости от его технической характеристики. При достижении необходи­мого давления паровой фазы в резервуаре, из которого произво­дится отбор фазы газа, открывается задвижка и жидкая фаза под давлением, необходимым для работы насоса, за счет упру­гости паров, создаваемой испарителем, поступает из резервуара хранилища на всасывание насоса. Включается электродвигатель привода насоса, и сжиженные газы поступают к потребителю. Во время работы, при достижении минимального уровня жидкой фазы газа в испарителе, на регулирующий клапан с пневмомеханическим мембранным исполнительным механизмом подается сиг­нал от датчика минимального уровня, он открывается, и жидкая фаза поступает в испаритель. Таким образом осуществляется подпитка испарителей во время их работы. При достижении уровня 85 % жидкой фазы газа в испарителе подается сигнал от датчика максимального уровня, и клапан прикрывается На испарителе установлены буйковый пневматический датчик-уровне­мер. На линии подачи жидкой фазы в испаритель установлены обратный клапан, вентиль и регулирующий клапан и электро­задвижка.

На ГНС установлено пять центробежных герметичных элек­тронасосов. Насосы предназначены для подачи газа в наполни­тельный цех, для наполнения автоцистерн и для подпитки испарителей процессе их работы. Один насос обеспечивает подачу пропана в наполнительный цех, другой — к наполнительным ко­лонкам. Два других насоса подают пропан-бутаны отдельно в на­полнительный цех, к колонкам. Пятый насос является резервным, и его обвязка может обеспечивать подачу двух продуктов в напол­нительный цех и к колонкам. На всасывающей линии насоса установлен фильтр. На нагнетательной линии установлены обратный клапан и перепускной клапан, срабатывающий при повышении давления в линии нагнетания и перепускающий избыток сжижен­ных газов в резервуары хранилища.

На ГНС установлены наполнительные колонки, с помощью которых осуществляется наполнение автоцистерн.

Тяжелые остатки из резервуаров хранилища, из испарителей и из маслоотделителей сливаются в дренажный резервуар, а за­тем с помощью компрессора или испарителя через одну из на­полнительных колонок выдавливаются в автоцистерну и выво­зятся за пределы ГНС. Газ из резервуара, предназначенного для слива из переполненных баллонов и для неиспарившихся остат­ков, с помощью компрессора или испарителя подается в ко­тельную.

На основании вышеизложенного технологическая схема ГНС дает возможность осуществлять следующие операции: одновре­менный или раздельный слив двух видов продукта из железно­дорожных цистерн в резервуары хранилища, одновременное или раздельное наполнение автоцистерны двумя видами продукта, одновременное или раздельное наполнение баллонов разной вме­стимости двумя видами продукта, одновременный или раздельный слив газа из железнодорожных цистерн в резервуары хра­нилища, наполнение автоцистерн, наполнение баллонов, слив газа из переполненных баллонов, слив тяжелых остатков.

Резервуары, предназначенные для приема и хранения сжижен­ных газов на ГНС, изготовляются по отраслевому стандарту ОСТ 26—02—1519—76 «Сосуды цилиндрические горизонтальные для сжиженных углеводородных газов пропана и бутана. Техниче­ские условия», разработанному институтом ВНИИнефтемаш. Стандартом предусмотрено изготовление резервуаров из стали двух марок: для установки резервуаров в районах с минималь­ной температурой наружного воздуха до —40 °С — из стали марки 16ГС ГОСТ 5520—79, для районов с минимальной темпе­ратурой от —40 до —60 °С — из стали марки 09Г2С.

Хранилище разработано исходя из необходимости обеспечения 14-суточной работы ГНС.

При привязке типового проекта запас газа в хранилище уточ­няется в зависимости от конкретных условий газоснабжения и расстояния от источника получения газа. Хранилище состоит из резервуаров для хранения сжиженных газов и для слива неиспа­рившихся остатков газа и дренажа согласно таблице 2.1

Таблица 2.1 Технические данные хранилища сжиженных газов на ГНС

В надземном варианте резервуары располагаются в самостоя­тельно обвалованных группах и устанавливаются на фундамен­тах с уклоном 0,002 в сторону отбора жидкой фазы газа. Для предохранения от радиационного нагрева поверхности резервуа­ров окрашиваются алюминиевой краской в два слоя. Для обслу­живания резервуары оборудованы стационарными металлически­ми площадками и маршевыми лестницами. Резервуары обвязаны газопроводами таким образом, что предусматривается раздельное хранение сжиженных газов с повышенным содержанием бутанов (до 60%) и технического пропана, а также раздельная раздача их в баллоны и автоцистерны. Кроме того, выполненная обвязка резервуаров позволяет одновременно сливать сжиженный газ из железнодорожных цистерн с различным процентным соотноше­нием пропана и бутанов. Резервуары хранилища сжиженного газа связаны между собой сливной железнодорожной эстакадой и с насосно-компрессорным отделением надземными трубопро­водами на железобетонных опорах на высоте 0,5 м от уровня планировочной отметки земли.

Для удаления ливневых и талых вод с обвалованной терри­тории в обваловке прокладывается труба с задвижкой, установ­ленной с внешней стороны. Каждый резервуар хранилища обору­дуется двумя предохранительными клапанами с установкой перед ними трехходового крана, позволяющего отключать один из клапанов; буйковым указателем уровня с пневматическим вы­ходным сигналом на вторичный показывающий прибор и на электрозадвижку, прекращающую подачу сжиженного газа в ре­зервуар при достижении уровня жидкости 85%; приборами конт­роля давления и температуры, а также запорной арматурой на всех остальных патрубках резервуара.

Газопроводы жидкой и паровой фаз сжиженных газов выпол­няются из стальных бесшовных горячекатаных труб из стали 10, прокладываются надземно на низких опорах- высотой 0,5 м от уровня планировочной отметки земли. Над проезжей частью дорог трубы прокладываются на железобетонных опорах высотой не менее 4,5 м. В качестве запорной арматуры применяются сталь­ные задвижки типа ЗКЛ на условное давление 1,6 МПа. Все тру­бопроводы паровой фазы сжиженных газов теплоизолируются. Трубопроводы жидкой фазы окрашиваются алюминиевой крас­кой. На трубопроводах паровой фазы, идущих к всасывающим коллекторам компрессоров, устанавливаются конденсатосборники. Прокладка межцеховых газопроводов выполняется с уче­том их самокомпенсации жестким креплением перед присоедине­нием к установленному стационарному оборудованию. При выборе диаметров технологических газопроводов жидкой фазы расчетные скорости во всасывающих трубопроводах приняты 0,5- 1,0, в нагнетательных- до 2- 3, в трубопроводах паровой фазы- до 10 м/с.

Основные показатели ГНС сжиженных газов приведены в табл. 2.2—2.3.

Технологическая схема ГНС сжиженных газов по типовым проектам 905-44, 905-45, 905-46 приведена на рис. 2.1.

Блок вспомогательных помещений предназначен для ремонта баллонов, вентилей и клапанов и включает в себя следующие основные помещения: окрасочное отделение, воздушно-компрессорное отделение, отделение освидетельствования баллонов, отделение сварки, слесарная мастерская, механическое отделение, инструментальная кладовая, склад, щитовая, помещение установки оборудования КИП, помещение для ремонта КИП, лаборатория, кабинет по охране труда, газоспасательная служба, дис­петчерская, бытовые помещения и т. д.

Рис 2. 1. Принципиальная технологическая схема ГНС сжиженных газов

1 — трубопровод жидкой фазы (бутан); 2 — трубопровод жидкой фазы (пропан); 3 — трубопровод паровой фазы (бутан); 4 — трубопровод паровой фазы (пропан); 5 — сбросной газопровод, 6 — дренажный газопровод; 7 — условная граница отделений; 8 — вентиль, задвижка, 9 — задвижка с электрическим приводом; 10 — вентиль угловой; 11 — обратный клапан; 12 — скоростной клапан; 13 — предохранительный клапан; 14 —сигнализатор уровня; 15 — поплавковый указатель уровня; 16 — визуальный сигнализатор уровня; 17 — фильтр; 18 — конденсатосборник; 19 — манометр с присоединительным тройником; 20 — промежуточная емкость для установи сигнализатора уровня; 21 — трехходовой кран; 22— переход диаметров трубопроводов; 23 — резервуар I группы хранилища (пропан); 24 — резервуар II группы хранилища (пропан-бутан); 25 — железнодорожная цистерна; 26 — компрессор; 27 - центробежные герметичные электронасосы; 28 — испаритель; 29 — посты слива 50-л баллонов; 30 — посты слива 27-л баллонов; 31 — посты слива 5-л баллонов; 32— посты слива 1-л баллонов; 33 — посты наполнения 50-л баллонов; 34 - посты наполнения 27-л баллонов; 35 — посты наполнения 5-л баллонов; 36 — посты наполнения 1-л баллонов, 37 —наполнительные колонки; 38 - резервуары для слива неиспарившихся остатков газа и дренажа.

Таблица 2.2