液化石油气储罐的太阳能冷却系统.pdf

第 1 3卷第 6期 天 然 气 工 业 I 9 9 3年 I 1 月 c 7 p 一 6 液化 石油气储 罐 的太 阳能冷却 系统 倪建乐 西 南 石 油 学 院 T 衲 I 内 容 提 要 本 文 针 对 目 前 国 内 液 化 石 油 气 储 罐 采 用 淋 水 降 温 系 统 的 特 点 以 及 高温少雨地 区太 阳 日照长 的特 点 提 出用太阳能冷却 系统 来代替液化石 油气储罐 的 淋 水 降 温 袅统 并 介 绍 j该 方 法 的 组 成 原 理 和 I 作 过 程 以及 主 要 设 喜 和设 计 计 算参数的计算方 法 主题 词液化石 油气 目前 国内均 使用压力 容器 储存 液化 石油 气 即采 用常温高压储存 法 这种 储存 方法 有许 多优点 如简单 易行 投资 费用省等 但 是这种储 存方法 的晟大缺点是罐 内液化 石油 气受 日照 影 响很大 容易造成 液 化石 油气储 罐的呼气 损耗 为了解决这个 问题 国内的常 见方法是 在液 化 石油气储 罐上设一套淋水降 温 系统或 加绝热 层 如南 充炼 油 厂的液 化石 油气储罐 卧式罐 就设有 淋水 降温 系统 每 年夏季都要 启用 采用上述这两 种方法是可 以达到保持罐 内液 化石油气的温度 基本稳定 这一 目的 但是 它 们均 有 一些不 可 弥补 的缺 点 此外绝热材料 费用和施工 费用较高 淋 水降 温需耗 用大量 的清 水 这对 北方 干旱少 总地质储量 为 一0 0 20 1 0 0 30 0 73 丽 8 0 s m 将 G O R和 G o 的数值 代入 1 6 式 得 凝析 油的地质储 量为 3 0一 3512 6 4 24 m l 9 1 0 2 将 和 G O R的数值 代入 1 9 式 得凝 析 气藏干 气的地质储量 为 以 1 0 3 51 2 J 6 9 1 7 6 1 5 0 s ina m 6 3 7 0 0 1 四川 省南 充市 最 后 将 G Y 础 和 的 数 值 代 入 2 0 式 得 在凝析 气藏 中干 气地 质储 量占 的 分量 为 1 0叫 3 5l 1 2d 02 J s l 一 i 一 0 9 4 9 5或 9 1 9 5 参考文献 l T KOKU C U Na t u r a l Ga s Re s e t v o i r E n g j n e e 卜 i n gt Ch ap t e r 2 I 9 84 本文 收稿l 9 9 3 0 4 2 8 维普资讯 第 l 3卷第 6 期 倪 建 乐 液 化 石油 气储罐 的太 阳能 冷却 系缝 l 雨 的地 区来说 是一大难题 淋水降温还将破 坏储 罐的外涂 层 使 储罐的外表腐蚀 加重 每 次给 罐外壁重 新涂漆 又将耗费大量 的钱材 此 外 淋水还 将损坏 储罐基 础 对 储 罐的 安全 造成 威胁 由此可见 为节省能源 减少液化 石油 气储罐 的 日常维 修 费用 颓 采 用其 它行 之有 效的储 罐 降温方 法 以保持 罐 内液 化石 油气 物态 的稳 定 减 少或消除储罐呼气损耗 液化石油气储罐 的太 阳能冷却 系统 目前国 内使 用的 液化 石油 气是 由丙烷 丁烷 丙烯 和 丁烯 为主要 成分 的液化 烃类 混 合物 它的临界温度 为 9 2 J 6 2 临界压力 为 3 5 3 4 4 5 MP a 在临 界温度 以下液化 石 油 气 的饱 和 蒸 汽 压随 温 度 呈指 数 曲线变 化 与油罐 不同 液化石油气储罐上部 的气体 空 间 中无 空 气 完全 是液 化石油 气的 饱和 蒸 汽 当受 日照作 用后 罐壁吸收 了部分太 阳幅 射热 并传给罐 内的液化 石油气 使得罐 内的 液化 石油 气的温度 升高从而使得罐 内气体空 间 中气体 压 力升高 当气体 空间 中的 气体压 力达 到或 超过 安全 阀的 控制压 力时 气 体空 间的 气态 液 化石油气 便 呼 出罐 外 从而 造成 储罐的呼 气损耗 淋水降温就是利 用淋 水带 走了储 罐壁所 吸收的太 阳幅射热 从而达到 减 少或消 除储 罐呼气损 耗之 目的 基于这个 道 理 也可 采 用其 它形 式的冷 源来冷 却储罐 外壁 且 达到或超过 淋水冷却 的效果 太阳能 储 罐冷却 系统 就是其 中的一 种 1 太 阳能 冷却系统 的组成 该 系统 主要 由三大部分 组成 其一是太 阳能 热水器 用来产生 热水 其二是制 冷机 用以产生冷气 其三是 冷气管和冷却盘管 冷 气 管 用来 把 制得 的冷气 送到 储罐上 冷却 盘 环 绕在罐 外壁 上 把冷 气均 匀地分 布 在整 个 外壁上 2 原理 这种太 阳能 冷却系统的原理 是利 用太 阳 能热水 器制得 的热 水 通过 热 吸收 式制 冷机 制 得冷 量 并把 制得 的冷量 均 匀地分 布在 储 罐的外 壁上 中和 掉罐 外壁 所 吸收 的太 阳幅 射热 从而 保持 了罐 内液化石 油气温 度的 稳 定 并使 罐 内气体空 间中的气态液 化气 的饱 和 压力始 终低 于安 全 阀的控 制压 力 从 而 可 消除储 罐的呼气投耗 目前国内使用 的液 化 石油 气中甲烷 的 饱和 蒸汽压最大 对应于 卧 式 圆柱形储罐 的 I 7 6 MP a的 设计压 力 罐 内 液化 石油气 的丙烷 的温 度 为 5 0 C 而 目前 使 用的太 阳能制 冷系统 可获 得 0 左右的 冷 源 以此冷源来代 替清水 是 完全可以达到或 超过 清水 冷却效果 的 是 完 全能保 持罐 内液 化石油气 的温度 为基本稳 定的 3 工作过 程 早 晨 太 阳 升 起 后 太 阳 能 热 水 器 便 开 始 工作 开始 了制造热 水的 自动循环 当水温达 到能 使热 吸收式制 冷机开 始工 作的 温度 时 温控 开关 打 开 热 水箱里 的热 水在 位差 的作 用下 流入热 吸收式 制 冷机 的加热 器 中 制冷 机 便开始工作 在蒸发器 中产生出冷量 从加 热器 中出来的低温 水靠位差的作 用进 入热水 器的 冷水 系统 中 继续 进行 了制造 热 水的循 环 这样整个太 阳能制冷系统就可连续 地工 作下 去 与此 同时 液化 石 油气储 罐 的 向阳 面也 在 不断地 吸收 太阳 的幅 射热 使 罐 内液 化石 油 气 的温 度升 高 从而 造成罐 内气 体 空 间气 体压力 的升高 通过 合理地 设计太 阳能热 水 器 的尺寸 可 使得 在罐 内气体 空 间的 气体 压 力达 到安 全 阀的控制 压 力之前 制 冷 机就能 开始 工作 并 向储 罐外 壁 供冷气 用一 个很小 的鼓风机将制 玲机的蒸 发器 中产生的冷气通 过管道 送 至储罐 通 过 紧紧环 绕在罐 外 壁上 的冷却盘管上 的小 孔将 冷气均 匀地分布在整 个储罐外壁上 形成一层 冷气层 中和罐壁所 吸收 的太阳 幅射热 从而保 持了罐 内气体空 维普资讯 天 然 气 工 业 l 9 9 3年 1 1月 间温 度的基 本 恒定 也 就 可减少 或 消除 液 化 石油 气储罐 的呼气损耗 主 要设 备 i 太 阳能热水器 太 阳能 热水器是利 用太 阳能制造热水 的 设 备 主要 由集 热 器 循 环水 管 道 和 水箱 组 成 结构简单 使用方便 我国已有多种太阳 能热水 器在 市场 上 出售 在这种 太阳能冷 却 系统 中可选 用真 空管式集热 器的太 阳能热 水 器 这是 我国最近研制成 功的一种新型 集热 器 最 大集 热量 为 5 8 2 6 9 8 W m 最高集 热 温 度 超 过 8 0 在 阴 天 正 常 工 作 水温 可 达 4 0 6 0 0 当太阳能 热水器 的输 出水温 超过 8 0 时 用 吸收式制 冷 机就可获得 良好 的制 冷效 果 2 热吸 收式 制冷机 热 吸收式 制 冷机不 同于 压缩 式制 冷机 它不 用 电而是 用热能作 为制冷 的动力 整个 制冷 机 中无 机械 转动 部件 故 无噪 音可靠 性 高 吸收式 制冷机 的类 型很多 有 用氨作介 质 的 也有 用溴化锂作 介质的 在太 阳能冷却系 统中 可采用溴 化锂 吸收式制冷 机 因溴化锂 无味无 毒 使 用安全 这种溴 化锂 吸收式 制冷 机对热源 要求 不高 不需要压 缩机 工作 压力 很低 设 备结 构紧凑 热 效率 比氨水 吸收 式制 冷机为高 但是这 种制冷机是在真空条 件下 工作的 机组 气密性 要求很高 溴化 锂吸收 式制冷机 又分 为有 泵型和无泵型两种 我 国 目前 只有 有泵 型 的 故在该太 阳能制 冷系统 中选 用 的是有 泵型溴 化锂 热吸收制冷机 我 国 1 9 6 6年 研制 成功 这种 溴化锂 热 吸收 式制 冷机 目前 全国有 2 3 0 d 0 7 0 k W 单效型溴化 锂 热 吸 收式 制 冷机 和 3 5 0 1 7 5 0 k W 两 效型 溴 化锂热 吸收 式制 冷机产 品出售 上述两 类 机组 使 用 的 热源 温 度 在 j 0 0 以上 对 于 要求使 用 1 0 0 以下低温 热源 的溴 化锂制冷 机 其工 作原 理 与 使 用 j 0 0 以上 高 温热 源 的普通 型 溴化 锂制 冷完 全一 样 只需 要对 发 生器 的管排 结 构加 以适 当改变 使 之适 应 管 内使用热 水的要 求即可0 在 国外 这种利 用 太 阳能制得低温热 水加热 的溴化锂吸收式制 冷机 已有定 型 系列 产品 只需 要选 配 使用 即 可 3 冷却盘 管 冷却盘管可 用一般无缝 钢管 制成 在紧 靠 储罐外壁的 一边 钻上数排 小孔 即可 其结 构 与淋水冷却盘管类似 冷 却盘 管的位置至 少应位于二分之 一储 罐高度 以下 有关设计计算 参数的选 定 1 热力系数 热 力系数是评价 一个 制冷 系统 制冷效率 的参数 对于 一个 太阳能制冷 系统而 言 其系 统 的总热力系数应 为 K 一 是 式 中 制 冷剂 在蒸 发时 所 吸 收 的热量 即制冷量 射在 集 热 器上 的 太 阳 热 能 2 所 需冷量的计算 每天 早上 罐 内液 化 石油气 的温度 肯定 比 I 7 6 MP a的设 计 压力 所 对 应 的液 化 石 油 气主要组份丙烷 的温度要低 因此 只要 向储 罐外壁所供 应的冷量能 中和掉储 罐外 壁所 吸 收 的太阳 的幅 射热 那 么即可 保持 罐 内液 化 石 油气 的温度 基本 不变 从 而 可基 本上 消除 液 化石油气储罐 的呼气损耗 幅射到 储罐 外 壁上 的热 量 一部 分 由罐 外 壁幅 射到大 气 中 一部分 由对 流方 式 传给 周围的大气 只有一部分 被罐壁吸收 故所需 的冷量为 口 L F a m 式中 储 罐 向 阳面 的面积 m 近 似 取 储 罐 表 面 积 的 一 半 维普资讯 第 l 3卷第 6期 倪建 乐 蔽 化石 油气储 罐 的太 阳能 玲却 系统 f 太 阳的幅射强度 w m a 一罐 壁 的吸 收 系数 对铝 灰 色 d 0 8 8 m 冷 量利 用系数 m 3 所需太 阳幅 射能 的计算 一 等 4 太阳能集热 器面积的计算 A 竿一 式 中 A一 一加热 器面积 m 根 据上 式的结果 就可选取所需的太 阳能 热 水 器 计 算 实例 兰州 地 区的一个 4 0 0 m 的球罐 为倒 已知 4 0 0 m 的球罐的直 径为 9 2 m 兰州地区 的 年 日照 时 数 为 3 0 0 0 h 太 阳的 幅 射强 度 为 6 2 0 W m 罐壁的吸收 系数取 用铝 灰色外 表 的吸收 系数 其值 为 0 8 8 设 冷量 的利用 系数 为 0 9 我国 生产 的有 泵型溴 化锂 吸收 式制 冷机的热 力系数在 O 6 8 O 7 2之间 在本文 中取热力 系数 为 0 7 0 将 各数据 代入 相 应公 式 计算可 得 储 罐 向 阳面的面积 为 l 3 2 8 8 m 取整个球 罐表 面积 的一 半 所 需冷量为 8 0 5 5 k W 所 需的 太 阳幅 射 能 为 l l 5 0 7 k W 所 需 的集 热 器 的 面 积 为 l 8 5 6 0 m 根 据上 述计算结果 可选取所需的设 备 对 太 阳能集 热器可选用 国内新近 研制生 产 的 真 空 管 式 集 热 器 该 集 热 器 是 由 长 1 i l l 管 径 为 5 7 ram 的 真 空 玻 璃 管 组 成0 可根据 实际条 件和 需要 自行设计热 水器 的结 构 形式和 集热器的 排管方式 对使 用 低 温热 水 的吸 收式 制 冷机 的选 用 目前 比较 多的做 法 是使 用普通 单效 蒸汽 机组 对发 生器管 排结构加以适 当改变 使之 适应 管内使 用热 水的 要求 0 为此选 用上海 第一 冷冻机 厂制造 的 汜一3 0型蒸 汽单 效吸 收 式制 冷 机 该 机制 冷量 为 3 d 8 8 k W 机组 净重 5 5 0 0 k 8 外型尺寸 为 3 8 I 2 3 m 使 用这 种机组通 过低温热水所制 得的冷 量 为原制冷 量乘 一修 正系数 修正系数的大 小根 据热 水温度 冷 却水温 以及 要求冷 媒 水 的温度所决 定 若使 用太 阳能 热水器制得 的 8 0 以 上 的 热 水 其 修 正 系数 在 0 衢 0 8 5之 间0 在本 文 中 从保守的观点 出发 取修 正 系数为 0 6 5 则选 用 XZ一3 0型机 组 用 8 0 C以 上 的热 水 所 能 获 得 的 制 冷 量 为 2 2 6