УСТРОЙСТВО ХРАНЕНИЯ, ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И ГАЗИФИКАЦИИ СЖИЖЕННОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ ЗДАНИЙ

Полезная модель относится к мобильным установкам автономной газификации, предназначенным для приема, перемещения, хранения и газификации сжиженного углеводородного газа, используемого для отопления зданий.
В России основным видом сжиженного углеводородного газа (СУГ), используемого для отопления домов, является смесь пропана-бутана технического, содержащая не менее 10% бутана. Газопотребляющее оборудование зданий (отопление и нагрев воды, газовые плиты) потребляет паровую фазу СУГ, которая образуется при испарении жидкой фазы. Процесс преобразования жидкой фазы СУГ в паровую, называется газификацией. При испарении непосредственно в сосуде при интенсивном отборе, газ охлаждается до температуры конденсации, объем дальнейшего испарения зависит от количества подводимого к газу тепла. Кипение пропана прекращается при температуре ниже минус 40°C, кипение бутана при температуре ниже минус 0,4°C. Для достаточной и пропорциональной газификации пропан-бутановой смеси необходимо повышение ее температуры до температуры объемного кипения. Подвод тепла, необходимого для достаточного парообразования, может осуществляться либо к элементам поверхности сосуда, либо к нагревательным элементам, установленным внутри него, либо подогревом жидкой фазы вне сосуда. Во всех известных устройствах тепло к сосуду подводится посредством нагрева его поверхности окружающей средой (воздухом и солнцем или теплом земли) для чего сосуд должен иметь достаточную площадь теплопроводной поверхности, контактирующей с окружающей средой. Известны решения с подогревом сосудов встроенными в сосуд нагревательными элементами (например, погружная головка испарительная редукционная ГИР http://web.archive.org/web/20090310205042/http://romzinfo.ru/item.php?id=34, 10.03.2009), решения по подогреву жидкой фазы, отбираемой из сосуда, посредством специальных устройств - испарителей, устанавливаемых вне сосуда (http://web.archive.org/web/20081030051750/http://fas.su/index.php?page=22, 30.10.2008), а также решения по внешнему подогреву сосудов (например, бондажные нагреватели газовых баллонов http://web.archive.org/web/20131116061747/http://nomacon.ru/products/flexible-silicone-heaters/nagrev-gazovykh-ballonov, 16.11.2013).
3
В большинстве стран Западной Европы используется вариант газоснабжения домов посредством системы автономного отопления и газоснабжения домов на сжиженном углеводородном газе (СУГ) с наземной емкостью (http://web.archive.org/web/20Q81228104159/http://www.dom.neftyanka.ru/teplo/rezervuar_up.php, 28.12.2008). Для необходимости газоснабжения домов, коммунально-бытовых и сельскохозяйственных объектов, а также обеспечения производств используют емкости объемом от 2 до 10 м. Система отопления, содержащая наземный резервуар, снабжена уровнемером, запорной арматурой, клапанами предохранительными, впускным клапаном, клапаном отбора газовой фазы, манометром, клапаном для отбора жидкой фазы.
3
В российских условиях вариант с наземной емкостью оказывается не всегда приемлемым. Поэтому используют подземный резервуар-газгольдер (http://web.archive.org/web/20080930125836/http://dom.neftyanka.ru/teplo/rezervuar_d.php, 30.09.2008), который предназначен для приема и хранения сжиженного углеводородного газа (пропан, бутана или их смеси). Данные резервуары обычно имеют объем от 2,5 до 10 м и оборудованы удлиненной горловиной и, при необходимости, могут иметь встроенный подогреватель газа. По сравнению с наземным резервуаром подземный резервуар может быть установлен на меньшем расстоянии от жилого дома, и газ в таком резервуаре испаряется с необходимой производительностью даже в холодное время года. Система отопления, содержащая подземный резервуар, снабжена уровнемером, запорной арматурой, клапанами предохранительными, впускным клапаном, клапаном отбора газовой фазы, манометром, клапаном для отбора жидкой фазы.
Практически всегда вышеописанные резервуары снабжены редуктором двухступенчатым, понижающим давление газа до необходимого выходного уровня.
Согласно п. 8.2.3 действующего в РФ свода правил СП 62.13330.2011 ”Газораспределительные системы”, объем балонной установки, устанавливаемой непосредственно у стен здания, в котором находится газопотребляющее оборудование, не может превышать 600 литров при газоснабжении жилых, административных и бытовых зданий, общественных зданий и сооружений, в том числе общественных зданий административного назначения и 1000 литров при газоснабжении зданий производственных предприятий, складов, котельных, общественных и бытовых зданий производственного назначения. Сосуды большего объема могут устанавливаться только на большом (более 10 метров) расстоянии от отапливаемых помещений согласно табл.19 ”Технического регламента о требованиях пожарной безопасности”, что требует большой площади прилегающего к строению участка и прокладки заглубленного ниже уровня промерзания газопровода.
Таким образом, дешевое, быстрое и простое решение проблемы газификации строений может быть только с помощью установки объемом не более 600 или 1000 литров.
Однако при использовании установок малого объема возникает проблема экономической эффективности доставки газа и заправки таких резервуаров транспортными средствами - заправщиками. Кроме того, правилами безопасности запрещена заправка баллонов непосредственно у здания. В связи с этим, резервуар, устанавливаемый у стены здания, должен быть мобильным для возможности его перемещения к месту заправки и обратно без применения специальных погрузочно-разгрузочных средств.
Известна газовая баллонная установка, содержащая два баллона и применяемая в бытовых и производственных целях. Посредством автоматического переключающего клапана отбор газа происходит не из двух баллонов сразу, а из одного баллона. Смену баллона можно производить во время эксплуатации установки. Данная установка имеет возможность перехода от двух баллонов к 4, 6, 8 и т.д. и может быть снабжена предохранительными устройствами от возможного повышения давления в системе (http://web.archive.org/web/20120829003721/http://www.teploservice-ovk.ru/?id=9&cid=48, 29.08.2012).
Недостатком известных установок является их стационарное исполнение, низкая экономическая эффективность заправки стационарных резервуаров малого объема, недостаточная испарительная способность надземных резервуаров зимой. Указанные недостатки в значительной степени определяет высокую стоимость оборудования, монтажа, эксплуатации известных устройств автономной газификации.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является устранение вышеуказанных недостатков.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в обеспечении мобильности установки автономной газификации для возможности ее перемещения и удобства эксплуатации без применения специальных погрузочно-разгрузочных средств и достигается тем, что мобильная установка автономной газификации содержит сосуд для сжиженного углеводородного газа, работающий под давлением, размещенный внутри рамы, установленной на автомобильный прицеп, систему подогрева сосуда, редукционную группу для преобразования переменного высокого давления внутри сосуда в стабильное низкое давление, систему подключения сосуда к системе отопления здания.
Сосуд снабжен заправочным клапаном для наполнения его сжиженным углеводородным газом, предохранительным аварийным клапаном, выполненным с возможностью предотвращения возникновения нерасчетного давления в сосуде, и клапаном отбора паровой фазы сжиженного углеводородного газа.
Система подогрева сосуда состоит из прилегающего снаружи к сосуду нагревающего змеевика, через который циркулирует теплоноситель, пластины распределения тепла, поступающего от змеевика, термопасты, заполняющей зазоры между змеевиком и пластиной распределения тепла, поверхностью сосуда, теплоизоляции, предотвращающей потери тепла от теплообмена змеевика и сосуда с окружающей средой.
Система подогрева сосуда состоит из нагревающего змеевика, встроенного внутрь сосуда, и теплоизоляции, снижающей потери тепла от теплообмена поверхности сосуда с окружающей средой.
Система подключения сосуда к системе отопления здания состоит из быстроразъемных соединений со штепселем и розеткой, оборудованными клапанами, предназначенными для предотвращения утечки теплоносителя и газа и сброса давления из системы отопления во время отключения.
Редукционная группа состоит из мембранно-клапанных устройств: ступени высокого давления, ступени низкого давления, предохранительного сбросного клапана и предохранительного запорного клапана.
На раме закреплена панель для крепления арматуры системы подогрева сосуда.
Мобильная установка автономной газификации содержит клапан-регулятор подогрева сосуда, состоящий из мембранно-пружинного устройства и клапана подачи теплоносителя.
Мобильная установка автономной газификации содержит выносное заправочное устройство, состоящее из розетки для присоединения заправочного пистолета автомобильной газозаправочной станции, обратного клапана, предотвращающего истечение газа из заправочной магистрали, магистрали, соединяющей розетку заправочного устройства с заправочным клапаном сосуда.
Рама установлена на платформу автомобильного прицепа.
Автомобильный прицеп снабжен упорами-аутригерами, съемным дышлом и съемной задней панелью.
Мобильная установка автономной газификации снабжена тентом для укрытия от атмосферных осадков.
Фиг. 1 - общий вид мобильной установки автономной газификации;
Фиг. 2 - клапан-регулятор подогрева сосуда.
Мобильная установка автономной газификации содержит сосуд (1) для сжиженного углеводородного газа, работающий под давлением, размещенный внутри рамы (2), установленной на автомобильный прицеп (3), систему подогрева сосуда (газификатор), редукционную группу (4) для преобразования переменного высокого давления внутри сосуда (1) в стабильное низкое давление, систему подключения сосуда к системе отопления здания.
Сосуд (резервуар 1), работающий под давлением, состоит из герметичного стального сосуда и сервисного оборудования: заправочный клапан (5) для налива сосуда газом, предохранительный аварийный клапан (6), предотвращающий возникновение нерасчетного давления в сосуде сбросом излишка газа, клапан отбора паровой фазы СУГ (7) для отбора паровой фазы, используемой для отопления здания, сервисный клапан (8), трубка индикации уровня жидкой фазы в составе клапана отбора паровой фазы для контроля максимально допустимого уровня налива, уровнемер (9) для контроля количества газа в сосуде, манометр на клапане паровой фазы для контроля давления в сосуде. Сосуд предназначен для наполнения, хранения и выдачи СУГ. Сосуд представляет собой баллон объемом предпочтительно не более 1000 л.
Редукционная группа (4) состоит из мембранно-клапанных устройств: ступени высокого давления, ступени низкого давления, предохранительного сбросного клапана и предохранительного запорного клапана. Предназначена для преобразования переменного высокого давления внутри сосуда в стабильное низкое давление выдаваемого газа и предохранения газового оборудования от чрезмерного давления в газопроводе и от утечки газа в случае обрыва газопровода.
Транспортировочная рама (2) выполнена стальной и на ней закреплена панель (10) для крепления арматуры системы подогрева сосуда. Предназначена для обеспечения возможности безопасного перемещения сосуда (1) и возможности механизации перемещения.
Система подогрева сосуда состоит из прилегающего снаружи к сосуду нагревающего змеевика (11), через который циркулирует теплоноситель, пластины распределения тепла, поступающего от змеевика (11), термопасты, заполняющей зазоры между змеевиком (11) и пластиной распределения тепла, а также поверхностью сосуда, теплоизоляции (12), предотвращающей потери тепла от теплообмена змеевика и сосуда (1) с окружающей средой.
В исполнении системы подогрева со встроенным внутрь сосуда змеевиком, тепло передается непосредственно от змеевика к СУГ, и в этом случае необходимость в распределяющей тепло пластине и термопасте отпадает.
Система подогрева предназначена для передачи тепла от подаваемого теплоносителя к поверхности сосуда (в исполнении с накладным змеевиком, прилегающим снаружи к сосуду) или непосредственно к СУГ (в исполнении со встроенным змеевиком). Необходима для достаточной и пропорциональной газификации СУГ. Подключается к системе отопления здания посредством системы быстрого подключения/отключения.
Система быстрого подключения/отключения сосуда к/от системы отопления здания состоит из быстроразъемных соединений (13) со штепселем и розеткой, оборудованными клапанами, предназначенными для предотвращения утечки теплоносителя и газа и сброса давления из системы отопления при периодическом отключении и подключении устройства к системе отопления здания.
Клапан-регулятор (14) подогрева сосуда состоит из мембранно-пружинного устройства и клапана подачи теплоносителя. Предназначен для экономии энергии, затрачиваемой на подогрев, а также для предохранения сосуда от возникновения высокого нерасчетного давления в сосуде.
Выносное заправочное устройство (15) состоит из розетки для присоединения заправочного пистолета автомобильной газозаправочной станции (АГЗС), обратного клапана, предотвращающего истечение газа из заправочной магистрали, магистрали, соединяющей розетку устройства с заправочным клапаном сосуда. Предназначено для возможности заправки сосуда на АГЗС.
Автомобильный прицеп (3) состоит из платформы, на которую устанавливается рама (2), и оборудован упорами-аутригерами (16) для устойчивой установки, съемным дышлом (17) и съемной задней панелью (18) для обеспечения защиты от несанкционированного перемещения, а также для компактности установки. Прицеп (3) предназначен для перемещения сосуда к месту заправки и установки сосуда в месте размещения.
Тент (19) предназначен для укрытия устройства от атмосферных осадков во время транспортировки и эксплуатации.
Мобильная установка автономной газификации работает следующим образом.
Мобильная установка транспортируется на АГЗС, где заправляется с помощью стандартного заправочного пистолета посредством присоединения его к выносному заправочному устройству (15). Заправка также может быть осуществлена непосредственно через заправочный клапан (5) из автозаправщика, предназначенного для заправки сосудов СУГ. При подаче газа под действием давления подачи открывается обратный клапан выносного заправочного устройства (15) и обратный клапан заправочного клапана (5) и через него в сосуд (1) наливается газ. Уровень налива контролируется посредством уровнемера (9). Критический уровень налива контролируется индикаторной трубкой, установленной на клапане (7). При достижении уровня 85% налив автоматически прекращается закрытием поплавкового заправочного клапана. После заправки установка отсоединяется от заправочного пистолета.
Установка перемещается к отапливаемому зданию и устанавливается на упоры-аутригеры (16). При необходимости снимается дышло (17) прицепа выкручиванием болтов (20) и задняя панель (18).
Установка с помощью быстроразъемных соединений (13) подключается посредством штуцеров (21) и (22) к гибким соединениям системы водяного отопления здания, в которой должны быть предусмотрены выводы подающей и обратной труб теплоносителя и использоваться антифриз. При соединении штепселя и розетки в быстроразъемном соединении (13) открываются клапаны, происходит объединение системы отопления здания и системы нагрева сосуда.
Далее установка подключается к газопроводу здания через систему быстрого подключения. При соединении штепселя и розетки от взаимодействия открываются клапаны и посредством штуцера (23) и гибкого соединения происходит объединение газопровода здания с газовым выходом устройства.
Газ подается открытием вентиля клапана паровой фазы и под высоким давлением поступает в первую ступень редуктора, понижающую давление до среднего, поступает во вторую ступень, понижающую давление до низкого, через открытое быстроразъемное соединение поступает в газопровод здания, где используется для питания отопительного котла и другого газового оборудования. В случае аварийного повышения давления в газопроводе газ из газопровода сбрасывается сбросным клапаном редукционной группы (4). В случае аварийного расхода газа вследствие обрыва газопровода, подача газа в газопровод прекращается запорным клапаном редукционной группы (4).
Давление в сосуде поддерживается с помощью нагрева сосуда (1) посредством змеевика (11) нагревателя, в который подается теплоноситель из системы отопления здания. При повышении давления в сосуде выше заданного перекрывается клапан-регулятор (14) подогрева сосуда (клапан-регулятор подачи теплоносителя в систему обогрева) следующим образом: импульсной трубкой давление передается в газовую полость мембранного привода (24). Под воздействием давления мембрана (25) (Фиг. 2) отклоняется, преодолевая сжимающее усилие пружины (26), которое регулируется резьбовой шайбой (27). Шток мембранного привода (28) отклоняется вместе с мембраной и давит на шток клапана теплоносителя (29). Таким образом, сечение клапана (30), через которое протекает теплоноситель, изменяется в зависимости от отклонения штока клапана теплоносителя (29), которое зависит от давления в сосуде. При максимально заданном регулировкой пружины давлении, клапан полностью перекрывается и теплоноситель в змеевик не подается. При охлаждении и интенсивном отборе давление в сосуде падает, клапан подачи теплоносителя открывается и происходит подогрев сосуда. При минимальном давлении, также задаваемом пружиной, клапан полностью открыт и через него проходит максимальное количество теплоносителя. Расход газа контролируется посредством уровнемера (9).
После расхода газа установка отсоединяется от системы отопления здания и от газопровода размыканием быстроразъемных соединений (13). Устанавливается дышло (17) прицепа и задняя панель (18). Прицеп снимается с упоров (16) и прицепляется к транспортному средству посредством прицепного устройства (31) для транспортировки к месту заправки.
Мобильная установка автономной газификации согласно настоящей полезной модели оптимальна для отопления строящихся домов или ожидающих подключения природного газа, небольших садовых домиков, временных помещений (вагончиков, бытовок), помещений в труднодоступных для грузового транспорта местах, аварийного газоснабжения. Резервуары малого объема экономически эффективно заправлять топливозаправщиком только в местах их скученных установок (например, в коттеджных поселках), поэтому предлагаемая установка предназначена для самостоятельной транспортировки эксплуатирующим лицом к месту заправки, например на ближайшую автомобильную газозаправочную станцию АГЗС. Кроме того, в условиях России, характеризующимися холодными зимами и значительным дефицитом пропан-бутановой смеси с большим содержанием пропана более 90%, необходим подогрев резервуара для обеспечения полной газификации газовой смеси при любых погодных условиях и при большом испарении из резервуара.