LPG瓶组供气能力的计算

LPG瓶组供气能力的计算*

严铭卿袁树明段常贵

(中国市政工程华北设计研究院,天津300074) (哈尔滨建筑大学,哈尔滨

150001)

黎光华潘永伟

(北京建筑工程学院,北京100044) (海盐自来水公司液化石油气站,海盐

314300)

摘要在LPG瓶组非稳态分析的基础上,按定用气量条件得到气瓶温降微分方程的解析解,作出气瓶供气能力设计实用图线。。对变用气量情况,制定了用气量函数,代入气瓶液温变化微分方程,求数值解,制订出气瓶供气能力设计实用图线。

关键词LPG 瓶组供气计算

中图分类号TU996.5

1 气瓶定用气量供气能力

在“LPG瓶组供气非稳态分析”［1］一文中推导了LPG气瓶的温降微分方程,并且按定用气量条件得到气瓶温降微分方程的解析解:

(1)

式中:

;

x=;

式中:r-LPG气化潜热;

D-气瓶直径;

k-空气到气瓶内LPG液相的传热系数;

ρg-LPG气相密度;

ρ-LPG液相密度;

C-LPG液相比热;

g-供气质量流率;

H0-气瓶内初始液位高度;

τ-时间。

用(1)式以τ为参变量,计算θ=f(,τ),得出图线(见图1)。

通过气瓶由空气到液相的传热系数k=29.4kJ*(m2h℃)-1。需要指出,图1所依据的公式在物理意义上是θ与τ的函数关系,而非与x的函数关系,因为公式是在g=const,H0=idem的条件下推导的,即x是参变量。图线x-θ是为了实用而作的,来源于θ=f(x,τ)的数值关系的一种表达形式。这是考虑到在确定那些参数作为计算的条件,那些参数作为求解的目标,

同时要按气瓶组的工作体制,决定计算条件参数值。

从实际设计内容看,将最长连续工作的延续时间τ作为计算参量,而将气瓶温降θ作为一种约束条件,由条件θ求出允许的供气量。

图1 气瓶供气能力与允许温降的关系图线

图线所用有关参数为:

LPG气化潜热r=406kJ*kg-1；

LPG液相密度ρ=565kg*m-3；

LPG气相密度ρg=2.35kg*m-3；

LPG液相比热C=2.2kJ*(kg℃)-1;

气瓶内径D=0.4m。

从实际气瓶组工作看，无论是自动切换或手动切换的系统，气瓶组内各气瓶都按同一状工作，即液位、工量或供气延续时间都基本一致。所以在给定Ho时需要费要费心考虑，气瓶不可能都是从H o=0.85m开始工

作，也不能按最不利情况即H o=开始工作,建议按H0=0.5～0.6m考

虑。

作者建议采用多液位气瓶组工作方式,即组内气瓶分为2或3小组,小组间液位不同,更换气瓶相应分为2次或3次完成。这样可获得气瓶组比较稳定的供气能力。此时,计算中相应采用2或3个不同的H0值。

对于所制订的气瓶组按定用气量设计计算方法,给出下例:

例:液化石油气丙丁烷比为6:4,供气压力P=0.17MPa(绝对),计算气温t a=5℃,空气相对湿度 =50%,按气瓶起始液位H0=0.6m连续供气4小时考虑,求气瓶供气能力。

解:由P,t a及φ条件可确定(本文下节论述)θ9℃，由θ=9℃,τ=4h,在图线上求得x==1.1。

所以g=1.1H0

=1.1×0.6=0.66kg*h-1

气瓶组由工作部分和替换部分组成,需要的气瓶数为:

n=个

式中:n-总气瓶数个

G s-供气负荷kg*h-1

g-单瓶供气量kg*h-1个

2 气瓶工作的约束条件

在气瓶选用中首先要知道容许温降θa值。应该限制气瓶的温降θθa。θa值应该由气瓶最低供气压力或气瓶外表不结露条件予以确定。由

气瓶最低供气压力条件确定的允许温降记为θP。θP与液化石油气组份及环境空气温度有关,可作出下列计算用图(见图1)。使用方法是:由横座标给出的最低LPG供气压力p向上作垂线交于所给定的液化石油气组成线,由交点A向45°线作水平线得交点B,由B向下作垂线与空气温度线交于C由C作水平线,在纵座标线上得到θP。

图2 按供气压力条件的允许温降

由气瓶外表不结露条件确定的允许温降记为θd。θd与空气相对湿度及环境空气温度有关,可利用湿空气焓湿图作出下列计算用图。

图3 按不结露条件的允许温降

使用方法是由横座标给出空气温度向上作垂线交于所给定的空气相对湿度,由交点D向左作水平线,在纵座标轴上得到θd。

θa值按下列条件得出:

θa=Min(θP,θd)

即θa取θP,θd中较小值。

3 气瓶变用气量供气能力

商业或公共建筑用户的用气情况,一般为持续一段时间,用气量基本衡定,当供气对象是有一定数量的居民用户时,应按气瓶组按装后连续供气,用气量连续数天周期性随时间变化予以考虑。这即是本节要介绍的变用气量设计计算方法。

3.1 变用气量

有一定数量的居民用户用气量的变化与用户数量、用气特点(用户职业类型、收入水平、生活方式等)有关。单个的用户用气量具有某种规律性,若干用户集体所构成的用气也具有某种规律性。一般说,用户集体用气平日有三个高峰;但用气最高峰是晚高峰,持续时间约为2～3小时,即由平均小时用气量升到高峰小时用气量,再降回到平均小时用气量约经历2～3小时,高峰小时用气量约为平均小时用气量的3～3.5倍。与三个高峰用气量相伴随,还有三个用气量低谷。

对用气量在一日内的变化,可以采用不同的方法加以表达。例如用离

散的数列形式或连续的函数形式等。对这一问题,作者将另文论述。

在对气瓶组供气变用气量的设计方法研究中希望将用气量的变化以用气量时间函数来描述,便于数学上的处理和计算。为此我们对用气量高峰时段及用气量低谷时段近似地用幂函数来描述。

g=g(τ)=g av｛1±S i［1-（1-τ/t i）n i］｝

(2) 式中:g,g(τ)-用气量函数kg*h-1;

g av-日平均小时用气量kg*h-1;

S i-第i高峰(或低谷)用气量峰值(或谷

值)与平均用气量的比值;

±-对高峰用气时段取+号,低谷用气时

段取-号;

t i-第i高峰(或低谷)用气量时段的一半;

n i-第i高峰(或低谷)的用气量函数的指

数,n i应为偶数;

τ-时间, h。

3.2 气瓶温降微分方程求解结果

在文献［1］中已经给出了气瓶内液位高度H随时间变化的关系：

-AdH=g dτ