Свойства сжиженных углеводородных газов

СУГ, наряду с природным газом, нашли широкое применение для газоснабжения городов и населенных пунктов. Основными компонентами, входящими в газовую смесь, являются пропан и бутан. Пропан имеет структурную формулу:

H H H H H H H

| | | | | | |

H─C─C─C─H, а бутан H─C─C─C─C─H.

| | | | | | |

H H H H H H H

Сжиженный газ, который поставляется для нужд газоснабжения, должен состоять из углеводородов, которые при сравнительно небольшом повышении давления переходят в жидкое состояние, а в нормальных условиях они являются газами. При снижении давления эти газы опять переходят в газообразное состояние.

Наряду с указанными ранее основными компонентами пропаном и бутаном, в состав СУГ входят также и другие углеводороды. В зависимости от источников получения углеводороды подразделяют на предельные (насыщенные) и непредельные (ненасыщенные). Предельные углеводороды (алканы) имеют химическую формулу C_nH_2n+2, а непредельные (алкены) - C_nH_2n. К предельным углеводородам относятся: CH₄ (метан), C₂H₆ (этан), C₃H₈ (пропан), C₄H₁₀ (бутан), C₅H₁₂ (пентан). Предельные углеводороды получают из нефтяных и газоконденсатных месторождений. К непредельным углеводородам относятся: C₂H₄ (этилен), C₃H₆ (пропилен), C₄H₈ (бутилен). Особенностью предельных углеводородов является то, что они имеют одну двойную связь между соседними атомами. Структурные формулы непредельных углеводородов имеют следующий вид:

Этилен Пропилен Бутилен

(С₂H₄) (C₃H₆) (C₄H₈)

H H H H H H H H H

\ / \ | | \ | | |

C═C C═C─C─H C═C─C─C─H

/ \ / | / | |

H H H H H H H

Непредельные углеводороды получают на предприятиях, в результате переработки нефти.

Товарный сжиженный газ не должен содержать значительных количеств как легких фракций: метана, этана, так и тяжелых фракций: пентана. Большое количество легких фракций в СУГ приводит к резкому возрастанию упругости паров, а увеличение содержания тяжелых фракций, наоборот, к резкому снижению упругости паров.

В соответствии с ГОСТ 20448-80 «Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления. Технические условия» СУГ подразделяются на: СПБТЛ – смесь пропана и бутана летняя; СПБТЗ – смесь пропана и бутана зимняя и БТ – бутан технический. Области их применения представлены в таблице 16.1

Области применения различных марок сжиженных газов

Таблица 16.1

Система газоснабжения	Зоны страны по ГОСТ 16350-80
За исключением холодной зоны	Холодная зона
Летний период	Зимний период	Летний период	Зимний период
Газобаллонная: с наружной установкой баллонов с внутриквартирной установкой баллонов портативные баллоны Групповые установки: без испарителей     с испарителями	СПБТЛ СПБТЛ   БТ   СПБТЛ     СПБТЛ БТ	СПБТЗ СПБТЛ   БТ   СПБТЗ     СПБТЗ СПБТЛ БТ	СПБТЛ СПБТЛ   БТ   СПБТЗ СПБТЛ   СПБТЗ СПБТЛ	СПБТЗ СПБТЛ   БТ   СПБТЗ     СПБТЗ СПБТЛ

Примечания. 1. Все зоны за исключением холодной и очень холодной: летний период – с 1 апреля по 1 октября; зимний период – с 1 октября по 1 апреля.

2. Холодная зона: летний период – с 1 июня по 1 октября; зимний период – с 1 октября по 1 июня.

3. Очень холодная зона: летний период – с 1 июня по 1 сентября; зимний период – с 1 сентября по 1 июня.

СУГ по своим физико-химическим свойствам должны соответствовать требованиям ГОСТ 20448-80, приведенным в таблице 16.2

Физико-химические свойства сжиженных газов

Таблица 16.2

Показатель	Норма для марки
СПБТЗ	СПБТЛ	БТ
Массовая доля для компонентов, %: сумма метана, этана и этилена, не более сумма пропана и пропилена, не менее
Не нормируется
сумма бутанов и бутиленов, не менее то же, не более Жидкий остаток (в том числе углеводороды С5 и выше) при +20 0 С, по объему, не более Давление насыщенных паров избыточное, МПа: при +45 0 С, не более при –20 0 С, не менее Массовая доля сероводорода и меркаптановой серы, %, не более В том числе сероводорода, не более Содержание свободной воды Содержание щелочи	Не нормируется     1.6 0.16 0.015   0.003	-       1.6 - 0.015   0.003 Отсутствие -	1.6 - 0.015   0.003

Наряду с широким использованием СУГ для газоснабжения коммунально-бытовых потребителей, они являются также очень хорошим сырьем для производства различных химических продуктов и материалов. Это искусственные волокна, каучук, различные виды пластмасс, спирты и т.д. Кроме того, СУГ находят широкое распространение в различных технологических процессах, где их применение является наиболее целесообразным. Например, при сварке и наплавке цветных металлов, термической обработке металлов, а также для получения защитных сред при закалке деталей.

Перспективным направлением в использовании СУГ является также применение их в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Обладая более высокими антидетонационными свойствами по сравнению с бензином, позволяют разрабатывать новые конструкции двигателей внутреннего сгорания, которые смогут обеспечить более высокую степень сжатия, что, в свою очередь, обеспечит увеличение мощности при сокращении удельного расхода топлива.

В последние годы СУГ широко используются в различных отраслях народного хозяйства: строительстве – для сушки помещений, ремонта асфальтовых дорог, для нанесения различных покрытий и т.д.; в пищевой – для сушки и копчения различных видов продуктов (овощей, рыбы, мяса), выпечки хлебобулочных изделий и т.д.; в текстильной – для термической обработки различных тканей (опаливание).

Учитывая широкое использование СУГ в различных отраслях народного хозяйства необходимо отметить, что безопасное использование их возможно только в случае правильного обращения с ними и знания их основных особенностей, по сравнению с природным газом.

СУГ состоят, в основном, из пропана и бутана. Пропан (C₃H₈) – М = 44 кг / кмоль; = 2.019 кг / м ³; = 1.53; точка кипения при давлении 1.01325 бар равна (-42.1⁰ С); давление насыщения при 45 ⁰ С равно 16 бар, а при 35 ⁰ С равно 1.4 бар. Для температуры (-30⁰ С) пропан можно использовать без искусственной регазификации.

Бутан (C₄H₁₀) – М = 58 кг / кмоль; = 2.703 кг / м ³; =2.1; точка кипения при давлении 1.01325 бар равна (-0.5 ⁰ С); давление насыщения при 0 ⁰ С равно 2 бара. Без искусственной регазификации бутан можно использовать только до температуры (-5 ⁰ С).

СУГ не являются токсичными газами. Однако следует отметить, что их накопление в закрытом помещении в значительном количестве может оказать удушающее воздействие.

СУГ являются довольно сильными наркотическими веществами, но из-за их малой растворимости в крови они не оказывают сильного воздействия на организм.

При испарении СУГ могут вызвать обморожение, причем опасность получения его одинакова как в зимнее время, так и в летнее. Охлаждающее действие СУГ приведет к хладоломкости материала, из которого выполнены арматура и уплотнения, а также является причиной образования кристаллогидратов и льда как внутри, так и снаружи запорной и регулирующей арматуры.

В жидком состоянии объем одной и той же массы СУГ во много раз меньше, чем в газообразном состоянии. Это соотношение при нормальных условиях составляет для пропана 1: 291, а для бутана 1: 222. Из этих соотношений очевидна целесообразность хранения и транспортировки СУГ в жидком состоянии.

СУГ при поступлении в газоиспользующие установки регазифицируется, т.е. переходит в газообразное состояние. Следует учесть, что СУГ в газообразном состоянии значительно тяжелее воздуха (пропан – в 1.5 раза, а бутан – в 2 раза). Поэтому в случае утечки они будут занимать нижнюю часть помещения и через щели проникать на нижние этажи зданий или в подвальные помещения.

СУГ характеризуются малой кинетической вязкостью. С одной стороны это облегчает транспортировку их по трубопроводам, но с другой приводит к увеличению вероятности утечек.

Коэффициенты диффузии СУГ, в случае распространения их в атмосферном воздухе, сравнительно малы, особенно в безветренную погоду.

СУГ отличаются достаточно низкими пределами воспламеняемости в воздухе. При обычных условиях нижний предел воспламеняемости составляет примерно 2% объемных, а верхний – 9% объемных.

СУГ отличается также сравнительно низкими температурами воспламенения. При нормальных условиях температура воспламенения СУГ с воздухом оставляет 490…510 ⁰ С.

СУГ обладают очень большим коэффициентом объемного расширения. Повышение наружной температуры резервуара, в котором находятся СУГ, приводит, в значительной мере, к увеличению объема жидкости. В этой связи, во избежание разрыва резервуара, в котором находятся СУГ, степень его заполнения не должна превышать 85%.

При понижении температуры или повышении давления пары СУГ легко конденсируются. Вследствие этого в газопроводах могут образовываться жидкие пробки, которые могут привести к прекращению подачи газа потребителям.