Ненасыщенным, или перегретым, называется такой пар, плотность и давление которого меньше, чем плотность и давление насыщенного пара при данной температуре.

Дата: 2025-06-02; Просмотры: 22

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Рис. 24. Зависимость плотности насыщения воздуха водяным паром от температуры

Содержание водяного пара в воздухе характеризуется его влажностью. Абсолютная влажность воздуха измеряется массой водяного пара, находящегося в 1 м³ воздуха (его плотностью). Практически такое измерение осуществить довольно сложно, кроме того, зная абсолютную влажность воздуха, нельзя определить, насколько он сух или вла­жен, поскольку это зависит от его температуры.

Для оценки влажности воздуха важно знать как водяной пар, находящийся в нем, близок или далек от состояния насыщения. С этой целью вводится понятие относительной влажности.

Относительная влажность воздуха — это величина, характеризующая отношение фактического содержания водяных паров в 1 м³ к количеству пара, необходимого для насыщения 1 м³ воздуха при той же температуре.

Рф

Рн

где Pф и PH соответственно фактическая плотность водяного пара и плотность насыщенного водяного пара при задан­ной температуре.

В метеорологии относительной влажностью называют отношение парциального давления водяного пара при дан­ной температуре к давлению насыщенных водяных паров при той же температуре.

Пример 1: Воздух имеет температуру 20°С. Какое максимальное количество паров воды он может содержать?

О т в е т: Из табл. 16 выбираем значение максимального содержания паров воды в воздухе при данной температу­ре 17,7 г/м³.

Пример 2: Воздух при температуре 30°С содержит 13 г/м³ паров воды. До какой температуры необходимо охладить воздух, чтобы началась конденсация паров, и сколько свободной воды образуется при охлаждении воздуха до-10°С?

О т в е т: Из табл. 16 выбираем значение температуры, соответствующее данному содержанию насыщенных па­ров в воздухе =15°С. Далее находим максимальное содержание паров воды при температуре —10°С (из таблицы) = 2,15 г/м³.

Для определения количества воды, которое может образоваться при охлаждении воздуха с заданной влажностью, определяем разницу между значением влажности воздуха при заданной температуре и содержанием паров при темпера­туре охлаждения:

13 г/м³ - 2,15 г/м³ = 10,85 г/м³,

т. е. из каждого кубометра воздуха образуется 10,85 грамм воды.

Пример 3: Масса воздуха при 10°С содержит 5 г/м³ паров воды. Определить относительную влажность воздуха.

Р е ш е н и е: Из табл. 16 находим, что при температуре 10°С максимальное содержание паров воды в воздухе равно 9,3 г/м³. Значит относительная влажность составит:

(5 г/м³ х 100%); 9,3 г/м³ = 53,8%.

Пример 4: Атмосфера танка объемом в 1000 м³ при 25° С имеет относительную влажность 75%. Какое коли­чество свободной воды образуется в танке при его охлаждении до -40'С ?

Решение: При 25°С максимальное содержание паров в воздухе, выбранное из табл. 16, составит 23,5 г/м³, следовательно, при относительной влажности 75% содержание паров воды будет

(23,5 г/м³ х 75%): 100% = 17,625 г/м³.

Далее из таблицы находим максимальное количество паров воды при температуре -40°С = 0,120 г/м³. Определяем содержание свободной воды при температуре -40°С:

17,625 г/м³ - 0,120 г/м³ - 17,505 г/м³.

Всего же в атмосфере танка образуется свободной воды;

17,505 г/м³ х 1000м³ =17 505 г- 17,5кг.

Пример 5: Температура точки росы в танке объемом 5000 м³ определена как —20°С. В танк должен быть погружен пропан при температуре -41°С. Сколько льда образуется в танке после погрузки?

Решение: Содержание паров воды при —20°С равно 0,92 г/м³. Содержание паров воды при -41°С — 0,11 г/м³. Свободной воды/льда в танке — 0,81 г/м³.

Всего образуется льда 0,81 г/м³ х 5000 м³ = 4050 г = 4,0 кг.

Таблица 16. Зависимость плотности насыщенного водяного пара от температуры

Рис. 25. Современные приборы для определения температуры точки росы

Sensor

Типы приборов для измерения точки росы. Для измерения температуры насыщения воздуха, когда в нем начинают образовываться капельки воды (точки росы), используют различные методы. Самый простой из них (значит, самый дешевый) основан на использовании сосуда со смесью ацетона и сухого льда. Когда температура сосуда опустится до определенного значения, на наружных его стенках начнется выпадение влаги. Используя термометр, можно опреде­лить температуру сосуда. Эта температура и будет определять точку росы атмосферы, в которой он находится.

В некоторых приборах для определения точки росы используется фреон (R22) для охлаждения сосуда. Когда начинается образование влаги на его поверхности, определяют его температуру. Приборы такого типа наиболее часто используются на газовозах.

Существуют также электронные приборы для определения (рис. 25) температуры точки росы, однако их сто­имость намного выше, чем их точность. Все приборы, определяющие точку росы, используются для определения температуры атмосферы танка, при которой в ней начнется образование свободной воды из насыщенных водных паров.

ТИПЫ ГАЗОВОЗОВ

ТИПЫ И ГРУППЫ ГАЗОВОЗОВ

Газы более выгодно перевозить в виде жидкостей, так как вес сжиженного газа примерно в 650 раз больше, чем вес его в состоянии газовой фазы. Но, даже при перевозке газов в жидком состоянии, их относительная плвтнасть будет довольно низка, например, для метана она составит 0,42, а для VCM — 0,97. Температура, при которой газ можно сконденсировать, зависит от давления, под которым находится газ. Поэтому значения и давления, и темпера­туры транспортируемых газов учитывают при проектировании и оборудовании судов для их перевозки. Большинство коммерческих газов имеет плотность, которая составляет примерно половину плотности воды, и грузовместимость будет определяться полезным объемом грузовых танков судна. С учетом температурных характеристик груза, давле­ния, при котором он перевозится, низкой плотности перевозимых грузов, конструктивно газовозы представляют собой суда с высоким надводным бортом и сравнительно небольшой осадкой. Такие особенности конструкции газово­зов совместно с воздействием свободной поверхности жидкого груза требуют повышенного внимания к остойчивости судов данного типа.

Классификация танкеров-газовозов. Все суда-газовозы можно разделить на три основные группы (рис. 26) в зави­симости от давления и температуры грузов, которые судовые системы могут поддерживать в грузовых танках при их перевозке:

· напорного типа (без охлаждения груза);

• полунапорного типа (с частичным охлаждением груза);

• рефрижераторного типа (с полным охлаждением груза, когда давление насыщенных паров близко к атмосфер­ному).

Кроме того, суда-газовозы можно дополнительно разделить на группы в зависимости от вида перевозимых грузов:

1. LPG (LPG/ NHз).

Груз перевозится под атмосферным давлением/под частичным давлением паров/под полным давлением паров.

2. LEG (LEG/LPG/NHз).

Под атмосферным давлением/под частичным давлением паров.

3. LNG (LNG/LEG/LPG).

Под давлением паров, равным атмосферному

4. Хлоровозы (Сl2 ).

Под полным давлением паров.

5. Комбинированные суда газовозы/химовозы (LEG/LPG/NHз /Chemicals). Под частичным давлением паров (табл. 17).

Таблица 17. Выбор типа газовоза в зависимости от температуры груза и давления паров

Суда 1-й и 2-й групп обычно объединяют в одну, поскольку конструктивно они похожи, и разница между ними — в материале, используемом для изготовления танков, изоляции танков и в системе охлаждения груза. Поэтому этиле-новозы выделяют в отдельную группу. Суда 3-й группы обычно используют только для переоозки природного газа;

Такие же суда, но меньших размеров предназначены для перевозки и нефтяных грузов и этилена, что позволяет более гибко использовать их на рынке. Суда для перевозки хлора существенно отличаются от всех вышеупомянутых в силу особых свойств хлора, который, не будучи взрывоопасным, в то же время является чрезвычайно опасным для здоро­вья людей (даже в незначительных концентрациях).

Рассмотрим более подробно преимущества и недостатки конструкций газовозов основных типов.

ГАЗОВОЗЫ НАПОРНОГО ТИПА

Перевозки сжиженных газов морем начались еще в конце 20-х гг., и первое судно, предназначенное для перевозки сжиженного пропана и бутана, было именно напорного типа (рис. 27). До начала 60-х гг. суда для перевозки газов под полным давлением паров доминировали на рынке. Однако за последние годы было построено лишь несколько судов такого типа, хотя они все еще продолжают пользоваться спросом, правда, в основном в прибрежном плавании.

Рис. 27. Газовоз напорного типа

Вместимость судов для перевозки газов под давлением обычно небольшая — до 2000 м³. Так как газы перевозятся при температуре окружающей среды, отпадает необходимость в установке на таких судах системы охлаждения груза, а также в изоляции танков. Суда, перевозящие газы при полном давлении паров, соответствующем температуре окру­жающей среды, предназначены для перевозки нефтяных газов, аммиака и некоторых других газов, за исключением этилена и природного газа, которые могут быть сжижены только при низких температурах.

Грузовые танки на подобных судах обычно выдерживают давление 18,5 бар, что соответствует давлению насыщен­ных паров пропана при температуре +55°С. Танки представляют собой вертикально или горизонтально расположенные цилиндрические баллоны, установленные в корпусе судна, как под главной палубой, так и выше нее, и закрепленные одним или двумя рамными суппортами.

Суда для перевозки газов под давлением строят также со сферическими танками. Они располагаются ниже грузо­вой палубы и оборудуются так называемыми куполами, которые выступают над грузовой палубой. Все необходимые соединения для погрузки, выгрузки, замеров уровня, температуры и давления груза, отбора проб выведены через купол. Система трубопроводов на судах этого типа весьма простая и состоит обычно из одного погрузочно-разгрузоч-ного трубопровода и газоотводной магистрали. Суда, перевозящие газы под давлением, не нуждаются в грузовых насосах. Выгрузка жидкого груза производится за счет избыточного давления в танке, которое вытесняет груз в берего­вые емкости. При необходимости для дополнительного повышения давления используют судовой или береговой ком­прессор. На палубе устанавливают так называемый бустерный насос, который служит для повышения давления в трубопроводе. Обычно этот насос применяют при выгрузке в береговые танки, расположенные на большом расстоя­нии от судна или же на большой высоте.

Преимущества судов напорного типа:

• Поскольку грузы перевозятся при температуре окружающей среды, то при постройке танков используется обычная сталь.

• Нет необходимости устанавливать изоляцию грузовых танков.

• Нет необходимости в установке дорогостоящей системы охлаждения груза.

• Минимальные требования к дополнительному оборудованию для проведения грузовых операций, т. е. при достаточно высоком давлении в танках отпадает надобность в грузовых насосах.

• Не требуется установка вторичного барьера, поскольку грузовые танки изготовлены из достаточно толстой стали, предотвращающей значительную протечку груза в случае аварии.

Недостатки судов напорного типа:

• Ограниченное использование полезного объема корпуса судна, поскольку груз перевозится в цилиндрах или сферических танках.

• Ограниченный размер судов — экономически невыгодно использовать суда такого типа при объеме танков свыше 2000 м³.

• Слишком тяжелые грузовые танки, поскольку их материал и конструкция должны быть достаточно прочными, чтобы выдержать давление 17,5 бар, что приводит к увеличению водоизмещения судна при довольно низкой грузовместимости, т. е. увеличению «мертвого фрахта».

• Возможность использования таких судов только в районах прибрежного плавания.

• Необходимость установки грузовых танков над главной палубой для увеличения полезного объема.

• Довольно низкая грузовместимость по сравнению с судами такой же вместимости полунапорного или рефриже­раторного типа, например, пропан имеет плотность на 16% выше при температуре -42°С, чем при +20°С.

Для предотвращения любых возможных утечек груза через оболочку грузовых танков в трюмные помещения и снижения температуры корпуса ниже допустимых пределов (обычная судостроительная сталь рассчитана на температуры не ниже —10°С) исполь­зуют вторичный барьер — наружную герметичную обшивку грузовых танков,

Вторичный барьер должен быть спроектирован и изготовлен таким образом, чтобы при статическом угле крена до 30°:

• обеспечивать удержание любой вероятной утечки грузов в течение не менее 15 суток,

• не допускать снижения температуры конструкции корпуса до опасного уровня в случае утечки груза через пер­вичный барьер,

• разрушение первичного барьера не должно вызывать разрушения вторичного барьера, и наоборот.

Если предусмотрен частичный вторичный барьер, то в любом случае его протяженность должна быть такой, чтобы полностью исключить попадание жидкого груза на двойное дно корпуса судна.

При отсутствии частичного барьера должны быть предусмотрены брызгоотражатели для отвода любого жидкого груза вниз, в пространство между первичным и вторичным барьером, и сохранения температуры корпуса на безопас­ном уровне.

Должна быть предусмотрена возможность периодической проверки вторичного барьера на его непроницаемость путем проведения испытания под давлением или вакуумом, визуального осмотра или любым другим способом.

Суда для перевозки хлора также напорного типа. В настоящее время довольно широко используются суда для перевозки грузов под полным давлением, прежде всего хлора. Поскольку хлор является очень ядовитым газом, требо­вания по его перевозке чрезвычайно строгие. Конструкция грузовых танков должна выдерживать давление паров хлора при температуре 45°С, что составляет 13,5 бара. Минимальная температура транспортировки хлора —34°С, поэтому суда-хлоровозы оборудуют непрямой системой охлаждения танков. В ней охлаждение осуществляется не за счет ис­пользования груза в качестве охлаждающего агента, а благодаря отводу тепла из танка внешним носителем. Обычно для охлаждения используется дополнительный змеевик, расположенный с внешней стороны грузового танка, по кото­рому прокачивается охлаждающая жидкость (галогеноводороды или этанол).

На судах-хлоровозах требуется теплоизоляция грузовых танков, обычно полистироловая или полиуретановая. Так как танки изготовлены из достаточно толстой стали, установки вторичного барьера на таких судах не требуется.