Жур. Н.Г. технологии статья Ряховского стр.22
.pdf
DOWNSTREAM |
ТЕХНОЛОГИИ |
белю (или от оптического кабеля к коаксиальному) |
Вэтомслучаемаксимальноеколичестворепитеров |
вносит в сеть «Jitter», равный 40 нс. Переход через |
в кольце также не может превышать пять единиц. |
модуль 490NRP95400 от оптического кабеля к опти- |
Максимальная длина оптической линии кольца огра- |
ческому кабелю вносит в сеть «Jitter», равный 10 нс. |
ничена десятью километрами. |
Для расчета, показатели всех этих внесенных «Jitter» |
В случае, если пяти репитеров недостаточно, ре- |
суммируются, и если сумма меньше 130 нс, то струк- |
комендуется использовать несколько колец из таких |
тура работоспособна. Если больше, то количество |
репитеров, объединяя эти кольца коаксиальным ка- |
репитеров необходимо уменьшить. |
белем (рис. 28). Приведенная выше структура объ- |
|
ясняет этот метод. |
Пример. |
Особенностиэксплуатациимодулей490NRP95400. |
Нарис.26кумулятивный«Jitter»отточкиАдоточки |
Большинство проблем, связанных с неустойчивой |
Вравен95нс.Репитер1вносит40нс,репитер2вносит |
работой RIO-сетей, вызваны отсутствием на коак- |
10 нс, репитер 3 вносит 40 нс. Итого: |
сиальном входе модуля 490NRP95400 низкочастот- |
|
ного фильтра. Существует довольно много причин, |
40 +10 + 40 =90 нс. |
при которых в коаксиальном кабеле возможно воз- |
|
никновение наведенных токов. Это и прокладка |
Вносит свой «Jitter» и оптический кабель. Счита- |
коаксиального кабеля рядом с силовыми кабелями, |
ется, что он равен 5 нс. Итак, суммарная величина |
и некорректное заземление экрана коаксиального |
«Jitter» от точки А до точки В равна 95 нс. |
кабеля, и близость трансформаторных источников |
Одним из вариантов объединения модулей |
питания, и некорректное заземление электрошкафа, |
490NRP95400 в домен является кольцевая тополо- |
и повышенный электромагнитный фон в зоне про- |
гия, или самовосстанавливающееся кольцо (рис. 27). |
кладки кабеля (рис. 29). |
Рис. 28. Структура, состоящая из пяти колец
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
|
№9 • сентябрь 2013 |
89 |
Т Е Х Н О Л О Г И И |
UPSTREAM |
ТЕХНОЛОГИИ |
|
коаксильного |
кабеля |
Прокладка |
|
|
|
|
Внутреннее соединение внутри электрошкафа
Электроммагнитный фон
Наведенный ток, 50 Гц
Рис. 29. Причины возникновения наведенных токов
Если бы на коаксиальном входе модуля был низкочастотный фильтр, то наводки в 50 Гц от трансформаторных блоков питания не оказали бы влияния на работу RIO-сети. Если не отфильтровывать эти наводки, то, поступая в выходной оптический контур (модуль работает как повторитель сигнала, а не как регенератор), они просто усиливаются и передаются в сеть по оптическому каналу. Принимающий их NRP не находит в усиленных помехах признака RIO-телеграммы и просто уходит в отказ. То же самое будет происходить, если при включенном NRP попытаться подсоединить к нему
Рис. 31. Отсуствие заземления модуля
коаксиальный кабель. Возникшая при коммутации естественная помеха будет усилена, передана в оптический канал и «завалит» сеть.
Особое внимание следует уделять заземлению электрошкафов. Практически всем известны рекомендации, аналогичные тем, что приведены на рис. 30.
Но на практике часто приходится встречаться с ситуацией, когда сборка шкафов велась следующим образом:
детали шкафа (двери, стенки) красились отдельно;
затем собирались;
и уже по краске, без всякой очистки, накладывались заземляющие элементы.
Довольно часто встречались ситуации, когда модули 490NRP95400 просто не были заземлены (рис. 31).
Как видно из рис. 31, заземляющие винты не соединены ни с чем. В этом случае экран коаксиального кабеля не будет соединен с землей, независимо от положения переключателя «JP1». Эта ошибка особенно критична для модулей 490NRP95400, соединенных по коаксиальному кабелю с модулями 140CRA93x00.
Нет!
Неправильно
Правильно
Рис. 30. Рекомендации по заземлению электрошкафов
Кириченко Александр Алексеевич, ведущий эксперт Технического Департамента
ЗАО «Шнейдер Электрик»
Да!
Schneider Electric
Центр поддержки клиентов Тел.: 8 (800) 200 64 46 (многоканальный) Тел.: (495) 797 32 32
Факс: (495) 797 40 04 ru.csc@ru.schneider-electric.com www. schneider-electric.ru
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
90 |
№9 • сентябрь 2013 |
|
Т Е Х Н О Л О Г И И |
DOWNSTREAM |
ТЕХНОЛОГИИ |
ВОЗМОЖНОСТИ ПЕРЕКАЧКИ И ХРАНЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ
ИЛИ РЕМОНТЕ ТРУБОПРОВОДА
PavlovičR., Slovnaft, a.s.
Steltenpohl P., STU
Природныйгазявляетсяважнымэнергоносителем |
рый при адсорбции газа действует как губка. Эта |
и сырьем одновременно. В Словацкой Республике |
технология позволяет хранить большое количество |
природныйгазотпоставщиковкпотребителямтранс- |
природного газа в тонкостенном резервуаре в усло- |
портируетсяпотрубопроводнымсетям.Вслучаеава- |
виях относительно низкого давления (2 – 4 МПа) и |
рии или реконструкции трубопровода необходимо |
при комнатной температуре. Сравнительно низкое |
перекрыватьтрубопроводиперекачиватьприродный |
давление в резервуаре для хранения газа позволяет |
газизперекрытогоучасткавовременноехранилище |
использоватьпростоеинедорогоеоборудованиеили |
иначе может произойти утечка газа в атмосферу. |
даже закачивать природный газ непосредственно |
Безусловнооставшийсяобъемприродногогазаможет |
из распределительной сети. |
бытьтранспортированпотребителям,подключенным |
Технология хранения природного газа в ад- |
к магистральному трубопроводу. Но такая практика |
сорбированном состоянии по сравнению с CNG |
не приветствуется, поскольку давление природного |
и LNG имеет значительные преимущества. При |
газанаэтомучасткедовольнонизкоедляегобезопас- |
использовании технологии ANG нет необходи- |
ной транспортировки (в частности, при утечке при- |
мости поддерживать высокое давление хранения |
родного газа в атмосферу давление в газовой сети |
(35 – 40 МПа), как в хранилищах CNG, или слиш- |
снижается, что сказывается на эффективности его |
ком низкую температуру (–161,5 °C), при которой |
транспортировки и потребления газа). |
хранитсясжиженныйприродныйгаз.Напротив,при |
Основным компонентом природного газа явля- |
использовании технологии хранения природного |
ется метан, который считается одним из газов, в |
газа ANG необходимо обеспечить отвод тепла от |
наибольшей степени влияющих на парниковый эф- |
адсорбционного вещества в резервуаре поскольку |
фект. В дополнение к отрицательному воздействию |
адсорбция представляет собой экзотермический |
на окружающую среду, выброс природного газа в |
процесс и с повышением температуры изменяется |
атмосферу связан со значительными финансовыми |
состояние адсорбированного газа. |
потерями для газовой компании. Чтобы смягчить |
Одним из наиболее важных факторов является |
экологическое воздействие и предотвратить се- |
то, что при строительстве хранилищ природного |
рьезные финансовые издержки после аварии на |
газа ANG нет необходимости использовать струк- |
газопроводе (или в случае выполнения ремонт- |
турно прочные и долговечные материалы. Таким |
ных работ) природный газ из перекрытого участка |
образом, ANG-технология хранения природного |
перекачивают во временное хранилище и затем |
газа потребует меньших инвестиций в проект и со- |
используют снова. |
ответственноменьшихэксплуатационныхиздержек |
Внастоящеевремяразработанонесколькоспосо- |
и затрат на обслуживание. |
бов хранения природного газа. Наиболее распрост- |
Сточкизрениябезопасноститехнологиивслучае |
раненные технологии включают хранение природ- |
возникновения аварийных ситуаций, технология |
ного газа в форме компримированного (сжатого) |
хранения природного газа ANG в значительной |
природного газа (compressed natural gas — CNG) |
степени менее безопасна, чем технология CNG, в |
и сжиженного природного газа (liquefied natural |
которой необходимо поддерживать высокое дав- |
gas — LNG). |
ление или LNG, в которой необходимо соблюдать |
Инновационная альтернативная технология |
температурный режим (с экстремально низкими |
хранения включает хранение природного газа в |
температурами). |
адсорбированном состоянии (adsorption natural |
Оценка производственных мощностей хране- |
gas – ANG). Основу этой технологии составляет |
ния природного газа осуществляется на основе |
использование адсорбирующего материала, кото- |
фактического соотношения объема хранения. Для |
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
|
№9 • сентябрь 2013 |
91 |
Т Е Х Н О Л О Г И И |
DOWNSTREAM |
ТЕХНОЛОГИИ |
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
90 |
|
|
|
|
|
|
ANG |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
|
|
кг/м3 |
70 |
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Плотность |
|
|
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
CNG |
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0,5 |
1 |
1,5 |
2 |
2,5 |
3 |
3,5 |
Давление, МПа
Рис. 1. Зависимость объема хранения природного газа от приложенного
давления
хранения сжиженного природного газа объемное соотношение составляет 615 единиц. Для сжатого природногогазаэтотпоказательравен200единицам.
Вто же время сочетание ANG-технологии хранения природного газа в адсорбированном состоянии и более высокого давления позволяет увеличить объем хранения газа (рис. 1), причем этот показатель превышает показатель технологии CNG [1, 2].
Итак,рассмотримпроблемувременногохранения природного газа в адсорбированном состоянии.
Основная задача заключается в выборе наиболее эффективного адсорбента для обеспечения равновесной адсорбции метана на выбранном адсорбенте. Затем необходимо выполнить расчет количества адсорбированного газа при выбранных объемах резервуара и количества адсорбента. Для того, чтобы определить количество тепловой энергии, которая будет выделяться при адсорбции метана на адсорбенте, и связанной с массой адсорбирующего вещества, были выполнены необходимые расчеты.
Врезультате вычислений также было определено время,необходимоедля заполненияиопорожнения резервуара выбранного объема с определенным количеством адсорбирующего вещества.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Основная задача технологии хранения природного газа ANG заключается во временном хранении природного газа и достижении значительного объемного соотношения. Решающим фактором, влияющим на вместимость хранилища природного газа, является свойство адсорбента, особенно его адсорбционная способность. Кроме того, адсорбция должна быть обратимой, так чтобы резервуар мог использоваться повторно. Этот тип взаимодействия газа и твердой фазы соответствует физической адсорбции, в котором молекулы газа связаны с поверхностью твердой фазы за счет ван-дер-ваальсовых
сил (или сил того же типа, что и силы, вызывающие конденсациюпаров).Газ,адсорбируемыйнаповерхности твердых тел, относительно легко извлекается, либо путем снижения давления, либо посредством небольшого нагревания [3].
Внастоящеевремяпредлагаемыйвыборадсорбирующих материалов очень широк. С точки зрения их использования для адсорбции метана наиболее важны свойства адсорбента [4], включая:
высокую адсорбционную способность;
хорошее соотношение адсорбции и десорбции;
пористую структуру с размером микропор примерно 0,8 нм (т.е. в два раза больше диаметра молекулы метана);
низкую теплоту адсорбции и высокую теплоемкость;
сведение к минимуму колебаний температуры
врезервуаре в процессе адсорбции и десорбции;
подходящую теплопроводность;
экстремальную гидрофобность;
и низкую стоимость.
Наиболее часто используемые в промышленности адсорбенты (для адсорбции метана) включают углеродные адсорбенты, оксид алюминия, диоксид кремния и цеолиты. В статье мы сравниваем различные углеродные адсорбенты, основываясь на их адсорбционной способности и теплоте адсорбции. Зависимость адсорбционной способности от парциального давления метана для отдельных типов адсорбентов, показана на рис. 2. Наиболее высокая адсорбционная способность метана отмечается при использовании промышленного адсорбента Maxsorb III, производимого компанией Kansai Coke and Chemicals Co. На рис. 3 показана зависимость адсорбированного объема метана от количества теплоты адсорбции. Из рис. 3 видно, что даже с этой точки зрения наиболее подходящим адсорбентом является Maxsorb III, при использовании
|
0,30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
кг/кг |
0,25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
способность, |
0,20 |
|
|
|
|
|
|
|
Maxsorb III |
|
|
|
|
|
|
|
AX21 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0,15 |
|
|
|
|
|
|
|
ACF |
|
|
|
|
|
|
|
|
BPL |
||
Адсорбционная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,10 |
|
|
|
|
|
|
|
Norit R1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
F30/470 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Chemviron |
|
0,05 |
|
|
|
|
|
|
|
Calgon AC |
|
|
0,00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0,5 |
1 |
1,5 |
2 |
2,5 |
3 |
3,5 |
4 |
|
|
|
|
Давление, МПа |
|
|
|
||
Рис. 2. Изотермы адсорбции при адсорбции метана на различные типы
углеродного адсорбента при температуре 30 °C
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
92 |
№9 • сентябрь 2013 |
|
Т Е Х Н О Л О Г И И |
DOWNSTREAM |
ТЕХНОЛОГИИ |
Таблица 1. Экспериментальные и расчетные показатели адсорбционного объема, разности квадратов изме-
ренных и расчетных данных и значение целевой функции для выбранных изотерм адсорбции в соответствии с уравнениями Freundlichova (FREU), Langmuirova (LANG) и Dubininova-Astakhovova (D-A)
Экспериментальные данные |
|
|
FREU |
|
LANG |
|
D-A |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Давление, МПа |
сэксп, кг/кг |
|
срасч, кг/кг |
|
Fmin |
|
срасч, кг/кг |
|
Fmin |
срасч, кг/кг |
|
Fmin |
0 |
0 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
0 |
|
0 |
0,057 |
0,011 |
|
0,0161 |
|
2,57E-05 |
|
0,0095 |
|
2,30E-06 |
0,0109 |
|
1,78E-08 |
0,140 |
0,025 |
|
0,0292 |
|
1,78E-05 |
|
0,0224 |
|
7,01E-06 |
0,0246 |
|
1,27E-07 |
0,234 |
0,038 |
|
0,0411 |
|
9,74E-06 |
|
0,0357 |
|
5,16E-06 |
0,0380 |
|
5,87E-10 |
0,331 |
0,050 |
|
0,0518 |
|
3,23E-06 |
|
0,0484 |
|
2,70E-06 |
0,0502 |
|
3,69E-08 |
0,428 |
0,061 |
|
0,0615 |
|
2,11E-07 |
|
0,0599 |
|
1,12E-06 |
0,0611 |
|
2,19E-08 |
0,526 |
0,071 |
|
0,0705 |
|
2,51E-07 |
|
0,0707 |
|
8,24E-08 |
0,0713 |
|
6,89E-08 |
0,652 |
0,083 |
|
0,0813 |
|
2,79E-06 |
|
0,0834 |
|
1,25E-07 |
0,0831 |
|
2,07E-08 |
0,792 |
0,095 |
|
0,0926 |
|
5,90E-06 |
|
0,0960 |
|
1,04E-06 |
0,0952 |
|
2,33E-08 |
0,948 |
0,108 |
|
0,1043 |
|
1,34E-05 |
|
0,1087 |
|
4,55E-07 |
0,1073 |
|
4,36E-07 |
1,157 |
0,122 |
|
0,1191 |
|
8,23E-06 |
|
0,1236 |
|
2,61E-06 |
0,1221 |
|
6,07E-09 |
1,344 |
0,134 |
|
0,1316 |
|
5,66E-06 |
|
0,1354 |
|
1,86E-06 |
0,1340 |
|
7,12E-11 |
1,563 |
0,147 |
|
0,1455 |
|
2,15E-06 |
|
0,1475 |
|
2,65E-07 |
0,1467 |
|
6,59E-08 |
1,756 |
0,157 |
|
0,1573 |
|
6,65E-08 |
|
0,1570 |
|
4,79E-10 |
0,1570 |
|
1,07E-09 |
1,960 |
0,167 |
|
0,1692 |
|
4,80E-06 |
|
0,1660 |
|
9,17E-07 |
0,1671 |
|
9,16E-09 |
2,157 |
0,176 |
|
0,1803 |
|
1,87E-05 |
|
0,1739 |
|
4,43E-06 |
0,1761 |
|
1,48E-08 |
Сумма квадратов |
1,19E-04 |
|
|
|
3,01E-05 |
|
|
8,51E-07 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
которого в процессе адсорбции сравнительно небольшого объема метана выделяется наименьшее количество тепла.
Адсорбционнаяспособностьадсорбентаи,следовательно,адсорбционныйобъемпометанусущественно влияютнатемпературуадсорбции.Изрис.4видно,что с повышением температуры количество адсорбируемого (с использованием предлагаемого адсорбента) газа уменьшается. При более высокой температуре, для поддержания изотермических условий должно отводиться большее количество теплоты адсорбции. Наоснованиивышеизложенногопроведемвычисления для резервуара с температурой 30 °C.
РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
При проектировании резервуаров хранения природного газа в адсорбированном состоянии сначала рассматриваются статические условия (постоянное давление и температура) в системе. Также используются упрощающие предположения, включая следующее:
газовая фаза и адсорбент находятся в равновесии;
природный газ содержит только метан;
частицы адсорбента имеют одинаковый и постоянный размер и форму;
пористостьадсорбентапостояннаповсемуобъему.
|
1400 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Адсорбционная способность, кг/кг |
0,35 |
|
|
|
|
Теплота адсорбции, кДж/кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Maxsorb III |
0,30 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
AX21 |
0,25 |
|
|
|
10°C |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ACF |
|
|
|
||||
1000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
BPL |
0,20 |
|
|
|
20°C |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
900 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Norit R1 |
0,15 |
|
|
|
30°C |
||
800 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F30/470 |
|
|
|
|
40°C |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Chemviron |
0,10 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
700 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Calgon AC |
0,05 |
|
|
|
50°C |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
600 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,00 |
|
|
|
|
|
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
1,1 |
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Соотношение адсорбционной способности с/с0 |
|
|
|
|
Давление, МПа |
|
|
||||||||||
Рис.3. Зависимостьтеплотыадсорбцииотобъемаадсорбированного |
Рис.4.Изменениеколичестваметана,адсорбированногосиспользованием |
метана при использовании различных углеродных адсорбентов |
адсорбента Maxsorb III в зависимости от давления и при различных |
при 30 ° С |
температурах |
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
|
№9 • сентябрь 2013 |
93 |
Т Е Х Н О Л О Г И И |
DOWNSTREAM |
ТЕХНОЛОГИИ |
a) |
Сетка |
b) |
|
Трубы для |
|
|
охлаждения |
|
|
адсорбента |
Слой |
|
|
адсорбента |
Толщина
стенки трубы
d3
d2
2,5 м
Рис. 5. . Схематическое изображение поперечного сечения резервуара (а) и охлаждающих труб
теплообменника с адсорбентом вокруг них (b)
может храниться в резервуарах вместимостью 5 – 30 м3.
В этом случае, однако, не предусматривается контроль теплоты адсорбции (изотермические условия),таккаквесьобъемрезервуара можетбытьзаполненадсорбентом. Если заполнение резервуара произошло адиабатически, при экзотермическом процессе адсорбции, температура содержимого резервуара значительно увеличивается (до 100 °С), что приводит к быстрому уменьшению объема адсорбированного метана. Сравнение адсорбционнойспособностирезервуаравместимостью30м3 показано в табл. 3.
Эти условия являются основой для расчета материальногобалансаиравновесияадсорбции.Опишем равновесиеадсорбциинаосновеимеющихсяданных поадсорбцииметананаадсорбентMaxsorbIIIпритемпературе 30 °C [5]. Для описания изотерм адсорбции было использовано три уравнения, включая:
Freundlichovej;
Langmuirovej;
и уравнение изотерм Dubininovej-Astakhovovej (D–A).
Лучшего описания экспериментальных данных специалисты добились с помощью уравнения D–A-изотерм, что подтверждают показатели целевой функции, полученные для каждой изотермы и приведенные в табл. 1.
В табл. 2 приведены оптимальные значения параметров уравнений FREU, LANG и D–A для адсорбции метана на адсорбент Maxsorb III при температуре 30 °С.
Таблица 3. Сравнение адсорбционной способности ре-
зервуара вместимостью 30 м3, заполненного адсорбентом Maxsorb III при различных температурах
Показатель |
|
|
Изотермические |
Температура |
|
|
|
условия, 30 °C* |
∆Т, 100 °C |
|
|
|
|
|
Объем газа (V |
газа |
), м3 |
3219 |
1323 |
Масса газа, (mгаза), кг |
2184 |
897 |
||
|
|
|
|
|
* Конечная температура содержимого резервуара
Чтобы адсорбционный объем не уменьшился (или в резервуаре для хранения природного газа вместимостью 30 м3 удалось поддерживать желаемую температуру 30 °С) необходимо обеспечить постоянный отвод теплоты адсорбции. С этой целью используется теплообменник.
На рис. 5 схематически показана схема резервуара и расположение труб теплообменника для осуществления систематического охлаждения
Таблица 2. Оптимальные значения параметров
изотрем адсорбции метана на адсорбент Maxsorb III уравнений FREU, LANG и D–A при температуре 30 °С
|
Изотерма FREU |
|
|
k, кг/кг/МПаn |
|
n (-) |
ч |
|
Время, |
||
0,1081 |
|
1,5026 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Изотерма LANG |
|
с , кг/кг |
|
b, МПа-1 |
m |
|
|
0,3285 |
|
0,5216 |
|
|
Изотерма D-A |
|
|
W |
, м3/кг |
|
n (-) |
E, кДж/кг |
0 |
|
|
|
|
0,001213 |
|
1,4845 |
359,0 |
|
|
|
|
|
|
9 |
|
časАдсорбцияads r cie |
časДесорбцияdesorpcie |
|
|||
|
|
7,8
8
7 |
|
|
6,5 |
|
|
||||
6 |
|
|
5,2 |
|
|
||||
|
|
|
||
5 |
|
|
3,9 |
|
|
||||
4 |
|
|
||
|
2,6 |
3 |
||
|
|
|||
3 |
|
2,5 |
||
|
|
|
2 |
|
2 |
|
1 |
1,5 |
|
1 |
|
|
||
|
|
|
||
|
|
|||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
2206,4 |
2431,3 |
2595,3 |
2717,5 |
2810,8 |
|
|
|
V l |
[ |
] |
|
|
|
Объем, м3 |
|
||
Используя D–A-изотермы, материальный ба-
ланс и хорошо известные свойства адсорбента [5] |
Рис. 6. Расчетное время протекания адсорбции и десорбции для |
|
различных объемов природного газа, хранящегося в резервуаре |
||
(с учетом вышеупомянутых упрощающих предполо- |
||
емкостью 30 м3 при температуре 30 °С с использованием адсорбента |
||
жений) можно определить количество газа, которое |
Maxsorb III |
|
|
|
|
|
НЕФТЕГАЗОВЫЕ |
94 |
№9 • сентябрь 2013 |
|
Т Е Х Н О Л О Г И И |
DOWNSTREAM |
ТЕХНОЛОГИИ |
Таблица 4. Расчет параметров теплообменника для охлаждения содержимого резервуара ANG-системы хране-
ния природного газа с использованием адсорбента Maxsorb III, с учетом того, что температура содержимого резервуара не должна превышать 30 °C
|
Объем |
Масса |
Масса |
Число |
Длина |
Внутренний |
Диаметр |
|
|||||||
Время, ч |
|
газа |
газа |
адсорбента |
диаметр трубы |
труб (d3), |
mH 2O , кг/с |
||||||||
|
труб |
труб, м |
|
||||||||||||
|
(V |
|
), м3* |
(m |
|
), кг |
(m |
|
), кг |
(d |
), м |
м |
|
||
|
газа |
газа |
ADS |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
1 |
2206,4 |
1497,1 |
5194,4 |
705 |
4304,7 |
0,0544 |
0,0769 |
4,6 |
|||||||
1,5 |
2431,3 |
1649,7 |
5723,8 |
765 |
4669,3 |
0,0467 |
0,0775 |
3,4 |
|||||||
2,0 |
2595,3 |
1761,0 |
6110,0 |
777 |
4747,6 |
0,0418 |
0,0794 |
2,7 |
|||||||
2,5 |
2717,5 |
1843,9 |
6397,7 |
770 |
4702,6 |
0,0382 |
0,0816 |
2,3 |
|||||||
3 |
2810,8 |
1907,2 |
6617,3 |
753 |
4601,5 |
0,0355 |
0,0839 |
2,0 |
|||||||
* Объем газа при температуре15 °С и давлении 101,3 кПа |
|
нагревания адсорбента. Эквивалентная площадь |
(30°Сприадсорбциии60°Cпридесорбции).Описание |
теплообмена для отвода выделяемой теплоты ад- |
индивидуальных расчетов с результатами приведено |
сорбции определяется в зависимости от того, на- |
в литературе [6]. |
сколько быстро необходимо заполнять резервуар. |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ |
Чем больше времени необходимо для заполнения |
|
резервуара, тем меньше потребуется эквивалентная |
В статье рассматривалась проблема сооружения |
площадь теплообмена. В то же время трубы тепло- |
хранилища для временного хранения природного |
обменника займут меньшую часть объема хранения, |
газа. Расчет основывался на материальном балансе |
следовательно в резервуаре можно будет разместить |
и равновесии метана с адсорбентом. На основе |
больший объем адсорбента, что, соответственнопри- |
анализа физико-химических свойств различных |
ведет к увеличению объема хранения адсорбиро- |
углеродных адсорбентов в качестве наиболее под- |
ванного природного газа. |
ходящего был выбран адсорбент Maxsorb III. Для |
Как правило, при проектировании системы хра- |
описания равновесной адсорбции метана на ад- |
нения учитывается число и размер труб, а также тот |
сорбент использовались три изотермы адсорбции. |
факт, что резервуар, в котором будут размещены |
В результате был сделан вывод, что более всего |
трубы, должен иметь цилиндрическую форму с |
измеренным данным соответствуют изотермы |
определенным диаметром и длиной (в данном случае |
Dubininovova-Astakhovova (D–A). Были также |
диаметром 2,5 м и длиной 6,1 м, что соответствует |
определены оптимальные изотермические условия |
вместимости 30 м3). Результаты моделирования сис- |
системы (30 °С) и рассчитано количество газа, ко- |
темы отвода теплоты адсорбции резервуара ANG- |
торое может храниться в резервуарах с различной |
системы хранения природного газа приведены в |
вместимостью (от 5 до 30 м3). |
табл. 4. |
В связи с тем, что адсорбция представляет собой |
Другой расчет был выполнен с целью моделиро- |
экзотермический процесс, который происходит в |
вания процесса десорбции адсорбированного газа. |
заполненном резервуаре, повышение температуры |
На основе моделирования, было установлено, что |
приводит к снижению адсорбционной способности. |
при повышении температуры в резервуаре до 60 °С |
Поэтому необходимо обеспечивать непрерывный |
(посредством нагревания труб теплообменника) и |
отвод теплоты адсорбции. Для этого резервуар осна- |
снижения давления до показателя 101,3 кПа проис- |
щается теплообменником, размер которого зависит |
ходит до 99,6 % десорбции объема адсорбированного |
от необходимой скорости заполнения резервуара |
метана. Было рассчитано, что для нагревания со- |
и количества хранимого природного газа. |
держимого резервуара в качестве теплоносителя |
В дополнение к регулированию теплоты ад- |
можно использовать горячую воду при температуре |
сорбции теплообменник используется в процессе |
80 °C. Время, за которое достигается равновесие при |
десорбции газа (извлечении газа из резервуара). |
данных условиях зависит от количества хранимого |
В этом случае, вместо охлаждения трубы теплооб- |
газа и площади теплообмена. |
менника используются для нагревания адсорбента. |
На диаграмме рис. 6 приведены данные по ко- |
Результаты моделирования циклов наполнения и |
личеству газа в резервуаре вместимостью 30 м3 и |
разгрузки резервуара графически изображены |
времени, необходимому для адсорбции и десорбции. |
на рис. 6. |
Итак, из рисунка видно, что процессы адсорбции |
Технология хранения природного газа в адсорби- |
и десорбции требуют длительного периода време- |
рованном состоянии может также использоваться |
ни, так как происходят постепенно, даже если не |
и для других целей, таких как хранение природ- |
достигаются желаемые изотермические условия |
ного газа в качестве топлива в топливных баках |
|
|
НЕФТЕГАЗОВЫЕ |
|
|
№9 • сентябрь 2013 |
95 |
Т Е Х Н О Л О Г И И |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
DOWNSTREAM |
ТЕХНОЛОГИИ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
транспортных средств (от автомобилей до судов) |
|
|
|
|
|
® |
||
НЕФТЕ |
ГАЗОВЫЕ |
|||||||
или в целях хранения природного газа в больших |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||
объемах [2]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т Е Х Н О |
Л О |
Г И И |
|
|||
Связаться с автором статьи R. Pavlovičможно по |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|||
адресу: robert.pavlovic@slovnaft.sk; P. Steltenpohl по |
|
|
|
|
|
|
||
адресу: pavol.steltenpohl@stuba.sk. |
|
|
|
|
|
|
||
Источник: Slovgas magazine |
|
|
|
|
|
|
|
|
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.GINZBURG, Y. ANG storage as a technological solution for the «chicken-and-egg» problem of NGV refueling infrastructure development. Amsterdam: s.n., 2006.
2.KUMAR, A. Adsorption of methane on activated carbon by volu-
metric method. Rourkela: National Institute of Technology, 2011. |
Учредитель: |
||
3. BARTOVSKÁ, L. Chemická kinetika. Praha: VŠCHT, 2008. |
Издательство «Топливо и энергетика» |
||
4. SOLAR, C.; BLANCO, A.; VALLONE, A.; SAPAG, K. Adsorption |
|
|
|
of methane in porous materials as the basis for the storage of natural |
Директор издательства |
А. Миронова |
|
gas. San Luis, Argentina: Laboratorio de Sólidos Porosos-Instituto de |
|||
Física Aplicada-CONICET, Dpto. de Física Universidad Nacional de |
Главный редактор издательства |
Н. Кутасова |
|
San Luis, 2010. |
Зам. директора |
|
|
5. RAHMAN, K.A. Experimental and theoretical studies on ad- |
по правовым вопросам |
Х. Гериханов |
|
sorbed natural gas storage system using activated carbon. Singapore: |
Редакция: |
||
National University of Singapore, 2011. |
|||
Научный редактор |
Н. Кутасова |
||
6. PAVLOVIČ, R. Možnosti odčerpávania zemného plynu |
|||
z rekonštruovaných potrubí, jeho uskladnenie a transport: Slovenská |
Научный редактор |
Л. Борисова |
|
technická univerzita v Bratislave, 2012. |
Верстка |
В. Волгарева |
|
|
Пояснения |
|
Переводчики: И. Аммосова, Д. Баранаев, В. Клепинин, |
||||||||
|
b, (МПа–1) – изометрический параметр |
|
|||||||||
|
Langmuirovej |
|
Г. Кочетков, С. Сорокин, А. Степанов, |
||||||||
|
|
Л. Токарь, И. Константинов |
|||||||||
|
c, (кг/кг) – адсорбционная способность |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
cm, (кг/кг) – изометрический параметр |
|
Россия, 109 029, Москва, |
||||||||
|
Langmuirovej |
|
ул. Скотопрогонная, 29/1 |
||||||||
|
cexp, (кг/кг) – адсорбционная способность (экс- |
|
Телефон (495) 670-7481 |
||||||||
|
периментальный показатель) |
|
e-mail: ogt_magazine@mail.ru |
||||||||
|
cvyp, (кг/кг) – адсорбционная способность (рас- |
|
|||||||||
|
|
www.ogt.su |
|||||||||
|
четный показатель) |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
c/c0 (-) – безмерная величина соотношения ад- |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
сорбционной способности |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
d1, (м) – внутренний диаметр охлаждающей трубы |
|
На первой странице обложки |
||||||||
|
d2, (м) – наружный диаметр охлаждающей трубы |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
d3, (м) – диаметр трубы со слоем адсорбента во- |
|
Фото предоставлено компанией Blackmer |
||||||||
|
круг нее |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
E, (кДж/кг) – энергия активации |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
F, (-) – значение целевой функции |
|
About the cover |
||||||||
|
HADS, (кДж/кг) – теплота адсорбции |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
K, (кг/кг/МПаn) – изометрический параметр Fre- |
|
Photo courtesy of Blackmer |
||||||||
|
undlichovej |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
L, Lrúrky, (м) – длина труб охлаждения/нагревания |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
mADS, (кг) [kg] – масса адсорбента |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
mplyn, (кг) [kg] – масса хранимого природного |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
газа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
mH 2O , (кг/с) – массовый расход воды |
|
© 2013 Издательство «Топливо и энергетика» |
||||||||
|
N, (-) – поверхностно-структурный фактор гете- |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
рогенности адсорбента |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Nrúrok, – число труб в теплообменнике |
|
Перепечатка, |
|
|||||||
|
P, МПа – давление |
|
все виды копирования и воспроизведения |
|
|||||||
|
∆T, (оС) – изменение температуры |
|
публикуемых материалов возможны |
|
|||||||
|
V |
plyn |
, (м3) – объем природного газа |
|
только с письменного разрешения редакции |
|
|||||
|
|
3 |
/кг) – максимальное соотношение объема |
|
Редакция оставляет за собой право |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
W0, (м |
|
сокращения присылаемых материалов |
|
|
||||||
|
адсорбента к количеству природного газа. |
|
|
||||||||
|
|
|
НЕФТЕ |
ГАЗОВЫЕ |
|
|
|||||
96 |
|
|
|
|
Мнение редакции не |
всегда совпадает |
|
|
|
||
|
|
|
|
№9 • сентябрь 2013 |
Т Е Х Н О Л О Г И И |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
с мнением авторов |
материалов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Подписано в печать 29.08.2013. Формат 60х90/8. Бумага мелованная. Печать офсетная. Печ. л. 12. Общий тираж 2000 экз. Зак. |
||||||||
|
|
|
Отпечатано в ГУП Академиздатцентр «Наука» РАН, ОП ПИК «ВИНИТИ», 140014, Московская обл., г. Люберцы, Октябрьский пр-кт, 403 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
