Основы процесса испарения сжиженного газа

Основы процесса
Ваш баллон или резервуар с сжиженным газом наполнен жидким пропаном, в то время как ваше оборудование сжигает пар. Как это все работает?

Детальный обзор
Сжиженный газ (пропан, бутан, LPG) транспортируется и хранится в виде жидкости под давлением. Для того чтобы ваше оборудование могло использовать пропан 1 в вашем резервуаре для хранения (цилиндре или резервуаре), он должен пройти фазовое изменение (выпаровывание) из жидкости в пар внутри газгольдера, прежде чем его сожгут в вашем потребительском устройстве (газовая плита, газовый обогреватель, котел, технологический горелка и т. д.).


Скорость естественного испарения в вашем резервуаре по сути является функцией двух факторов:
1) температуры окружающей среды;
2) размера резервуара и уровня заполнения («мокрая» площадь поверхности резервуара).
Каждая часть оборудования, потребляющая пропан, имеет свои требования к количеству паровой фазы газа, необходимой для правильной работы.

Испарение требует энергии (тепла)
Пропан, как и вода, является «соединением» с собственным набором химических свойств. При атмосферном давлении вода, вещество, с которым мы все хорошо знакомы, кипит — то есть происходит фазовый переход из жидкости в пар — при 212 градусах по Фаренгейту (100 градусов по Цельсию). Пропан, с другой стороны, из-за своего особого набора химических свойств кипит при -44 градуса по Фаренгейту (-42 градуса по Цельсию). Таким образом, пока ваш резервуар с пропаном хранится в зоне с температурой не менее -44 градусов F. (на уровне моря), пропан в вашем резервуаре подвергается изменению фазы, и давление будет достаточно высоким, чтобы выделить некоторое давление пара.

Теперь, чтобы усложнить ситуацию, фазовый переход пропана, как и воды, требует передачи энергии. Вы не можете кипятить воду без внешнего источника тепла, скажем, от горелки на плите. Кроме того, чем больше энергии применено (чем горячее горелка), тем быстрее ваша вода закипит и тем быстрее она выбросится в атмосферу в виде пара. Аналогичным образом в случае с пропаном более высокая температура окружающей среды (выше -44 F) приводит к более высокой скорости испарения и большему давлению пара, что позволяет вытягивать больше пара из верхней части цилиндра или бака.

Исходя из этого обсуждения, должно быть вполне очевидно, что температура окружающей среды прямо влияет на способность работы оборудования. Если ваше оборудование требует большего давления пара, чем может быть обеспечено естественным нагреванием окружающей среды, оно может выключиться (или просто обеспечить меньше тепла, чем вам нужно).

Свойства углеводородов
Размер резервуара и уровень заполнения – «мокрая» поверхность резервуара
Теперь, когда мы кратко обсудили прямое влияние температуры (энергии) на испарение, давайте вернемся к влиянию размера бака и уровня заполнения. Продолжим аналогию с водой.

Предположим, у вас есть две кастрюли с кипящей водой, одна на 2 литра, а другая на 9 литров. Кастрюля на 2 литра выделит больше пара, чем кастрюля на 9 литров, при условии, что тепло, которое прикладывается, остается постоянным. То же самое относится к пропану: чем больший и заполненный резервуар (чем больше у него «мокрая» поверхность), тем больше площадь поверхности теплообмена и тем больше пара он будет выделять.

Эти два фактора, тепло и площадь теплообмена (размер бака и уровень заполнения), непосредственно влияют на естественную скорость испарения пропана в вашем баке. Должно быть довольно легко понять, что если вы полагаетесь исключительно на естественное испарение для работы вашего оборудования, вы зависите от этих двух факторов.


Предупредительные признаки
Если вы когда-либо видели образование инея на баке с пропаном или баллоне, вы на собственные глаза увидели пределы естественного испарения. Увидеть иней на вашем резервуаре (газгольдере) означает, что скорость передачи тепла в резервуар жидкому пропану меньше, чем энергия, используемая для фактического превращения жидкости в пар, что приводит к снижению давления, создающего эффект охлаждения. Этот эффект охлаждения постоянно снижает скорость испарения путем образования изоляционного слоя инея на резервуаре, что дополнительно приводит к потере давления пара. Это может иметь разрушительное влияние на вашу способность пользоваться оборудованием.
Если вы заметили, что ваше оборудование, потребляющее пропан, не выделяет столько тепла, сколько должно было бы, вы также должны подозревать недостаточное естественное испарение – проще говоря, давление паровой фракции газа, достигающей горелки, снизилось ниже уровня, необходимого для оптимального нагревания.

Выход - увеличение парообразования
Если скорость естественного испарения является функцией двух факторов – температуры окружающей среды и увлажненной поверхности бака, как обсуждалось выше, возникает вопрос: как увеличить скорость естественного испарения. К сожалению, вы не можете контролировать внешнюю температуру, так что что вам остается? Площадь увлажненной поверхности. Проще говоря, чтобы увеличить площадь увлажненной поверхности, вы можете 1) увеличить размер резервуара (или добавить больше резервуаров) или 2) обеспечить, чтобы ваш резервуар всегда был «полным». К сожалению, с этими решениями связано много проблем:
При температурах, близких к точке насыщения, соответствующей нулевому давлению, никакая дополнительная площадь увлажненной поверхности не поможет. Поможет только испаритель.
Высокая стоимость дополнительных накопительных резервуаров для достижения большей мощности испарения.

Более высокие расходы, связанные с более частыми заправками, чтобы поддерживать достаточную увлажненную поверхность в резервуаре.

Стоимость земли, необходимой для установки дополнительных резервуаров.
Кодексы или законы могут ограничивать емкость хранения в определенных областях.
По сути, хотя естественное испарение часто является достаточным для бытовых и легких коммерческих применений, оно, как правило, недостаточно для коммерческих и промышленных нужд. Большее оборудование, потребляющее сжиженный газ, часто требует больше пара, чем может обеспечить естественное испарение.

Альтернативное решение
Альтернативным решением для естественного испарения является добавление искусственного тепла с помощью испарителя.

Что такое испаритель (вапорайзер)?
Испаритель сжиженного газа – это, по сути, котел, который не создает давления.
LPG поступает в испаритель в виде жидкости и выходит в виде газа.
Испарители являются неотъемлемой частью различных систем LPG и пропана и подходят для любого количества применений.
Испарители не создают дополнительного давления, но обеспечивают защиту от воздействия охлаждения емкостей, что приводит к замерзанию и потере давления.

Исходя из приведенной выше информации, использование испарителя имеет несколько ключевых преимуществ:
•    Розничные продавцы пропана выигрывают от возможности делать менее частые заправки большего объема.
•    Использование испарителя устраняет повторную конденсацию пара в линиях подачи, что может создать опасную ситуацию.
•    Устраняет «зависание» резервуаров, что приводит к потере производства или задержкам.
•    Испарители позволяют использовать 100% сжиженного газа в вашем резервуаре/баллоне, снижая частоту доставки и общие расходы.
•    Устраняет скопление тяжелых частиц в резервуарах (газгольдерах).
•    Обеспечивает постоянную подачу пара при температуре до -40 градусов Цельсия.
•    Устраняет дистилляцию LPG во время испарения смеси пропана/бутана.
•    Позволяет значительно увеличить мощность вашей системы без добавления дополнительных баков.

Хотя это обсуждение касается исключительно «пропана», распространенного в Европе, США и Канаде, важно отметить, что смеси сжиженного газа обычно представляют собой комбинацию как пропана, так и бутана и значительно различаются в зависимости от региона (непосредственно относится к Украине), источника и других видов использования. Бутан, который имеет собственный набор химических свойств, требует более высокой температуры для поддержания того же давления (кипит примерно при 17 F. (-8 градусов) по сравнению с -44 F. (-42,22 °C) для пропана), и поэтому при смешивании с пропаном уменьшает скорость естественного испарения и давление внутри газгольдера.