Vloeibaar gas...

Heeft er hier al eens iemand nagedacht over de mogelijkheid om "vloeibaar gas" te gaan stoken?

Uiteraard is dit een beetje een strikvraag, want vloeibaar gas is onbrandbaar, het kan pas branden als het verdampt is (dit geldt, natuurkundig gezien, voor ALLE vloeibare brandstoffen), maar dat is geharrewar en daar gaat het nu niet om.

Waar het om gaat is het volgende: Mijn huidige stoombootje heeft een gastank, die vloeibaar gas onder druk bevat. Ik tap het gas boven de vloeistof af, om daar de brander mee te stoken.
Door dit aftappen, daalt de druk, begint de vloeistof te koken, en vormt dus meer gas, MAAR A) koelt de tank sterk af (drukdaling) en B) destilleert het gasmengsel, LPG ofwel 30% propaan, 70% Butaan, waardoor uiteindelijk het laatste beetje vrijwel alleen Butaan is, wat een lagere druk heeft, en dus een kleinere vlam geeft.

In mijn bootje ga ik dat tegen door het gastankje electrisch te verwarmen, wat redelijk werkt, maar niet de drukdaling tengevolge van destillatie kan compenseren. Tevens kost het een fors vermogen aan electriciteit.

In Frankrijk schijnt het in opkomst te zijn om de gastank zodanig aan te passen dat er vloeistof uit de tank afgenomen wordt, en vervolgens wordt die leiding éérst om de kop van de brander gewikkeld, alwaar het gas in de leiding verdampt, en daarna pas via de regelklep naar de brander gevoerd.

Het grote verschil is, dat er nu in de gastank nagenoeg geen verdamping meer plaats vind, waardoor zowel die vermaledijde destillatie niet meer plaats vind, alsmede is er nauwelijks nog enige verdamping in de tank, waardoor deze ook niet meer afkoelt. Het gevolg is een constante gaskwaliteit van een constante druk, zonder tankverwarming.

Ik kan me niet heugen hier op MBF eerder over gelezen te hebben, maar ik vind het zeer interessant.

Het is volgens de geleerden verstandig om een damp, en vloeistof afsluiter op de tank te hebben zodat je op gas kunt opstarten, en na enige minuten, als de branderkop warm is, kunt overschakelen naar vloeistof, maar met het juiste "start gereedschap" moet het ook mogelijk zijn om met een portasolletje de verdamperspiraal voor te warmen en voorzichtig direct op vloeistof te starten.

Voor mij zou in dat geval de ombouw zich beperken tot het aanbrengen van een stijgbuis in de gastank, en een langere brandstofleiding die een slag of 4,5 om de branderkop gewikkeld is. Al met al een investering van hooguit een tientje, 15 minuten werk (OK... vermoedelijk iets meer, maar niet heel veel in ieder geval) en een simpele tinsoldering.

De reden voor de ombouw, voor mij, zou zijn dat het de gebruiksduur van de boordaccu in de koudere jaargetijden verdrievoudigt, wat met name bij eventuele demonstraties en evenementen van voordeel zou kunnen zijn. Zoals het nu is, trek ik de boordaccu in ongeveer anderhalf uur leeg.
Een tweede voordeel is dat het klotsen van de tank geen gevaar meer oplevert, en DUS de tank veel voller kan, een derde voordeel is dat door het wegvallen van het destillatieverschijnsel en dus de constantere brandstofkwaliteit, halverwege de tank stoppen, of halverwege de tank bijvullen, geen invloed meer heeft.

M.a.w: het maakt de boot véél flexibeler, met slechts een klein beetje extra opletten tijdens het opstarten...

Mensen die er ervaring mee hebben?

 

Bert, Heb geen ervaring met het stoken op liquid, maar de tank verder opvullen dan 85 % moet je niet willen. Er moet altijd ruimte blijven voor expansie van de vloeistof. Gaat de verdampte liquid door de sproeier en zuigt daarbij verbrandingslucht aan? Weet dat Harm in zijn Henriette de brander opwarmt met spiritus en de brandstoftank met wasbenzine vooraf met een fietspomp onder druk zet. Geen idee of de brandstofregeling in de liquid- of gasfase plaats vindt. En is je gastankje niet op te warmen met de stoomafvoerleiding onder zijn broek? Succes met het uitdenken! Gr. Klaas.

 

In principe NIET bij langdurige opslag. Bij kortdurende vulling (vullen en direct beginnen met verbruiken) is 95% geen probleem.
Zo groot is de uitzettingscoëfficient nu ook weer niet.

Het risico wat ik eerder had bij te ver vullen, was vloeistofslag in een leiding waar normaal alleen damp in zou moeten zitten, en dát probleem is uit de wereld met het gebruik van vloeibaar gas.

Het idee is grotendeels hetzelfde, alleen vind bij Harm de verdamping plaats vlak voor de brander, identiek aan een petroleum vergasser.
Meestal regelen zulke branders door de vloeistofdruk naar de verdamper te regelen, want die druk plant zich (wet van pascal) in alle richtingen voort, en dat is dus óók de druk van de damp op de nozzle.
Het verschil is dat Harm een brandstof gebruikt die ook atmosferisch niet zonder warmte verdampt, en de druk is uitsluitend een "drijfmiddel".
Bij gas is de vloeistof ten allen tijde, wat je ook doet, op het equillibrium punt tussen gas en vloestof, en dat betekent dat ik de vloeistofstroom niet kan regelen, want dat houdt een drukdaling in, en dus (minimaal gedeeltelijke) verdamping op een ongewenste plek.
Maar ik ga min of meer het omgekeerde doen van wat Harm doet: een regelkraan in het dampdeel, die meer of minder doorlaat. Laat ik meer toe, dan kan er ook meer vloeistof, voortgedreven door zijn eigen dampdruk, naar de verdamper stromen. Laat ik minder damp uitstromen, dan kan er ook niet meer vloeistof de verdamper in, want die zit dan al vol met damp.

Het enige theoretische probleem wat ik nog niet 100% voor ogen heb, is de beheersing van de temperatuur van die damp, want ik heb weinig echte controle over de warmte toevoer. Er is maar 6~7 Watt nodig bij volle stoomproductie om de vloeistof te verdampen in damp van dezelfde temperatuur, de overtollige warmte wordt omgezet in temperatuur. En ik weet niet hoe snel dat gas afkoelt in de onverwarmde leiding naar de regelkraan, en ik weet óók niet hoe temperatuurbestendig die regelkraan is.

Wat ik kan doen, is het gas en de vloeistof door een warmtewisselaar laten lopen, zodat het gas wat afkoelt, met de verdamperspiraal tussen de vloeistof en de gasfase van die warmtewisselaar.

Ik ben er nog niet uit, vandaar dat ik hier om ervaringen en meedenken vraag.

Nee... Dat wordt om meerdere (vooral practische) redenen heel erg lastig, maar dat wil ik ook niet want dan heb ik geen controle over de tanktemperatuur. Die heb ik nu wel want ik heb nu electrische, temperatuur geregelde verwarming, maar die vreet behoorlijk wat stroom (5 Watt).
Die verwarming blijft overigens wel gewoon in gebruik, maar dan uitsluitend om de tank op 20 graden te houden bij buitentemperaturen lager dan dat, en dat gaat maar heel weinig energie kosten als er geen verdamping in die tank plaats vind. Dan springt die verwarming mischien per uur 1 a 2 keer een minuutje of twee bij, in plaats van "continue", zoals nu het geval is.

Mijn plan is, om een houdertje te maken voor het Portasol brandertje, zodat die hands-free op de verdamperspiraal gericht is (hetelucht, geen vlam).
Dan na een minuutje héél voorzichtig de vloeistofkraan "cracken" zoals je met stoom ook doet bij opstarten, en de brander op laag vuur ontsteken.
Na een minuutje zou de aan de buitenkant afstralende warmte van de brander voldoende moeten zijn om het proces op gang te houden, en kan de portasol weg. Een paar minuten later zou er stoom moeten zijn, en dan is het varen als altijd, met dien verstande dat de gasdruk niet meer daalt van vol tot leeg, en ook de gassamenstelling constant blijft van vol tot leeg.
Dat laatste LIJKT irrelevant (de gasdruk is al constant immers?) maar het verandert héél veel in hoe het systeem zich gedraagt bij bijvoorbeeld vaardagen of demonstratiedagen.

 

Ik vind het een technisch interessant gegeven, en ik begrijp dat dát aspect jou aanspreekt.

Maar ik vaar al bijna 10 jaar met de afgewerkte stoom die via een (met touw geïsoleerde) leiding anderhalve slag om het gasreservoir loopt en van daaruit richting condensor en schoorsteen.
Op die manier hou ik het gasreservoir warm. Kost geen extra energie en het is KISS.
(Keep It Simple Stupid)
Als de machine loopt, is het gasreservoir handwarm.
Alleen als het gas op is en de machine nog loopt op de laatste druk in de ketel wordt het gasreservoir merkbaar warmer; logisch, er vindt geen verdamping meer plaats en er wordt tóch opgewarmd.

Het enige nadeel is dat het gasreservoir (nog) niet verwarmd wordt op het moment dat de machine niet loopt. Maar dan is de druk in het gasreservoir nog hoog; geen kans dat de vlam uitgaat door gebrek aan verdamping.
Als de machine eenmaal loopt wordt de gastank netjes verwarmd, gaat de druk iets omhoog en moet ik via de 'gasservo' de gaskraan wat knijpen.
Maar dan ligt mijn sloepje nog voor de kant en kan ik een en ander goed monitoren.
Pas daarna gaat ze varen.

 

Bert, ik heb ooit voor de ketel van mijn Maarten zo'n brander gebouwd naar een tekening uit het NVM archief.
Het principe is volgens mij oké maar je moet het zeker niet maken zoals op de tekening wordt aangegeven met hard soldeer verbingen kort bij de brander. Gelukkig testte ik e.e.a. buiten de boot want na verloop van tijd zag ik de soldeer verbinding los komen. Een enorme steekvlam tot gevolg. Zie voor foto's en tekst Stoom techniek Stoomsleepboot Maarten 42 # 826 en 43 # 842.
Na deze ervaring heb ik de NVM geschreven met de aanbeveling de tekening aan te passen.



Groet, Jan.

 

Dat de technische kant van de zaak me aanspreekt, geef ik grif toe. Maar het is niet de reden voor de ingreep.
Dat is toch echt de reeks van "voordelen" die er uit voortvloeit. Er ZIJN, geloof het of niet, toch echt "technische ingewikkeldheidjes" die ik laat liggen simpelweg omdat de verbetering niet significant genoeg is.
En cru gezegd, mijn boot is vergeleken met gebruikelijke modelstoom installaties wel "tamelijk ingewikkeld" maar vergeleken bij het grootbedrijf een ten hemel schrijend geval van lompe versimpeling...
Maar alles heeft zijn reden, en soms zitten die redenen elkaar in de weg. Het ongeregelde aspect van stoomverwarming staat me niet aan maar is niet doorslaggevend. Afgewerkte stoom is voor mij niet bruikbaar, omdat die methode in combinatie met het terugwinnen van condensaat, weer negatief effect heeft op twee andere belangrijke onderdelen, namelijk de olieafscheiding en de machine-loop.

Ik was niet van plan het op die manier uit te voeren, Jan, en sterker, ik denk dat dat ontwerp om meer redenen dan alleen die solderingen problematisch is.
Zoals je zelf aangeeft, kwamen zilversolderingen los, wat betekent dat het materiaal daar temperaturen van 600+ graden bereikt, Dat maakt in combinatie met druk de mogelijkheid van "kraken" van de brandstof niet denkbeeldig, en bij kraken weet je nooit wat er gebeurt, maar kunnen er bijvoorbeeld ook koolafzettingen in de brandstofpassages ontstaan, en dan is leiden in last. Ik begrijp niet zo goed waarom een ontwerper denkt om het even welke brandstof dan ook, ZO hoog te moeten verhitten, met het volle vermogen van de vuurhaard... Als mijn vloeistof met 20 graden uit de tank stroomt, is het letterlijk met 21 graden reeds volledig gasvormig (zie ***).

Ik heb ondertussen wat zitten rekenen. Mijn gasverbruik bij vol vuur ligt in de orde van grootte van 1,5 gram per minuut. Dat is vloeibaar ongeveer 3 ml, en gasvormig onder druk in de buurt van de 300 cc per minuut. Door een koperbuis van 2 mm binnendiameter, praat je dan over stroomsnelheden van rond de 1 cm/sec voor vloeistof en ongeveer 1 m/sec voor gas.
De hoeveelheid warmte benodigd voor volledige verdamping ligt in de orde van grootte van 6~7 Watt, en het mooie is, (***) het gas zoals het uit de tank komt, of dat nu gas of vloeistof is, is ALTIJD op het punt van equilibrium. Dat houdt in dat er wel warmtetoevoer nodig is voor verdampen, maar strikt genomen géén temperatuurverhoging...

Mijn gedachte was, vanwege de slechts beperkte hoeveelheid warmte die er nodig is om gas te verdampen, om de vloeistofleiding een slag of twee om de buitenkant van de brandermond aan de ketel te draaien. Daar zou de materiaaltemperatuur maximaal ongeveer 150 graden moeten zijn, want dat deel maakt deel uit van de ketelconstructie. Twee slagen koperbuis in goed aanligcontact zou er al ruim voldoende warmteoverdracht moeten zijn voor een volledige verdamping.

Want het is ook zaak de gastemperatuur na de verdamper te beperken, ik heb namelijk géén idee wat de temperatuurbestendigheid van de Regner gasregelkraan is.
Voor dat beheersen van de gastemperatuur zijn ook ingewikkelde methoden (een warmtewisselaar, bijvoorbeeld) maar het simpelste is om de locatie van de verdamper slim te kiezen: een plek waar warmte zo snel mogelijk beschikbaar is, en de temperatuur van zichzelf reeds beperkt is. Bijvoorbeeld de mond van de schoorsteen, of de buitenkant van de brandertunnel.

Ik moest éérst maar eens oppervlaktetemperatuur metingen gaan doen...

 

Na flink wat nadenkwerk, en wat studie aan de hand van andere forums waar dit besproken wordt, kom ik tot een voorlopige opzet die naar mijn idee lekker simpel van opzet is:

Op dit moment heb ik een brandstofleiding van Regner, van 2 mm buitenom en 1 mm inwendig. Dat ga ik zo houden, maar ik ga deze leiding verlengen met dezelfde maat, en wikkel een spiraal die boven in de schoorsteen geplaatst wordt.
Mischien moet ik de schoorsteen aanpassen om ruimte te maken, maar dat is niet een heel erg groot karwei.
De reden voor deze locatie is dat daar het snelste practisch bruikbare warmte voorhanden is (binnen enkele seconden na het ontsteken van de vlam) en dat de beschikbare warmte rechtstreeks parallel loopt aan het brandstofverbruik. Het resultaat zou een vrij gelijkmatige damptemperatuur moeten opleveren.
Alternatief zou ik hem ook OM de schoorsteen kunnen wikkelen, maar dan wordt de boel wel trager qua respons, en daarmee het risico op vloeistofdoorslag bij rap opvoeren van de brander navenant groter.

Met beleid moet een rechtstreekse start op vloeistof mogelijk zijn: Met de regelkraan vol open en de vloeistofafsluiter "gecrackt", zal in eerste instantie verdamping direct na de afsluiter plaats vinden en de gehele leiding steenkoud worden, maar zolang de afsluiter zodanig geknepen blijft dat het laatste stukje leiding droog blijft, mag dit geen probleem opleveren, zolang de vlam maar direct ontstoken wordt. Dan zou binnen enkele seconden geleidelijk aan de verdamper moeten gaan werken.
Door nu de regelafsluiter voorzichtig te gaan knijpen gaat vanzelf de leiding voor de regelkraan druk opbouwen en dat gaat goed zichtbaar zijn aan het verdwijnen van de condensatie op de leiding direct vanaf de tank. Zodra de vlam begint te regelen, kan de vloeistofkraan naar bedrijfsstand.

Dat is de theorie... Ik weet van minstens één net zo'n gestoorde experimenteer-freak als ik, dat dit principe in de praktijk uitvoerbaar is, zij het dat het oplettendheid vergt.

Ik denk dat ik als veiligheidsmaatregel een klein fannetje in de boot ga plaatsen, voor de zekerheid...