WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Установки СПГ для снятия пиковых нагрузок и получения топлива для транспортных средств сходны по схеме очистки и сжижения, но имеют различия в секциях хранения и отгрузки продукта. На установках для снятия пиковых нагрузок СПГ хранится в низкотемпературных изотермических резервуарах при атмосферном давлении, а выдается насосом высокого давления через испаритель в газопровод.

3. Технологии и технические средства хранения сжиженного

природного газа

Первое низкотемпературное хранилище сжиженного метана было сооружено в 1939 г. в штате Виргиния (США). Сжиженный газ хранился в течение четырех месяцев в горизонтальном цилиндрическом резервуаре емкостью около 60 м3. Резервуар был изготовлен из никелевой стали (2% Ni) и изолирован пробковыми плитами толщиной около 600 мм. В 1941 г. близ Кливленда (штат Огайо, США) было введено в эксплуатацию низкотемпературное хранилище сжиженного метана, состоявшее из четырех больших резервуаров общей емкостью 15 450 м3. В 1954 г. в Советском Союзе был построен завод сжиженного метана, на котором предполагалось соорудить два низкотемпературных хранилища: малое (оперативного характера) и большое для более длительного хранения. Первыми изотермическими резервуарами, появившимися в конце 50-х годов, были металлические резервуары так называемой "самонесущей" конструкции. Летом 1964 г. началось строительство станции покрытия пиков неравномерности газопотребления в районе Бирмингема (США). В систему сжижения, хранения и регазификации метана было включено хранилище, емкость первой очереди которого составляет 28 тыс. м3 сжиженного метана при температуре хранения – 161° С.

Идея создания льдогрунтовых хранилищ для сжиженного метана принадлежит Н.С.Куперу (США). Предложенный им тип безопасного хранилища представлял сооружение довольно глубокой выработки (значительно ниже поверхности) с изоляцией стенок грунта паронепроницаемыми листовыми или рулонными материалами. Проект льдогрунтового хранилища емкостью 10 тыс. м3 разрабатываля также и в СССР, ВНИИпромгазом.

Вертикальные цилиндрические изотермические резервуары получили наибольшее распространение в мировой практике. Несмотря на то, что при больших объемах хранилищ подземный способ хранения газов имеет значительные экономические преимущества, наземные резервуары для низкотемпературного хранения газов широко применяют в различных областях техники. Вертикальные цилиндрические изотермические резервуары классифицируют по следующим признакам: - конструктивному исполнению стенок резервуара - одностенные, двустенные, с внутренней мембраной; - конструктивному исполнению внутренней крыши - самонесущая и подвесная; - типу изоляции – экранная, пористая, засыпная, жесткая; - применяемому материалу - металлические, железобетонные, комбинированные.

Создание изотермических резервуаров мембранной конструкции позволило увеличить полезные объемы емкостей для хранения сжиженных газов до 130-140 тыс. м3 и более. Еще один вариант, применяемый для хранения СПГ – резервуар с замкнутой наружной оболочкой. Конструкция широко применяемого в мире железобетонного резервуара с замкнутой оболочкой представлена на рисунке 17.

Рисунок 17 – Железобетонный изотермический резервуар с замкнутой наружной оболочкой: 1 – подкладка крыши; 2 – подвеска; 3 – железобетонная крыша; 4 – боковая стенка из портландцемента; 5 – железобетонная стена основания; 6 – железобетонные сваи; 7 – изоляция крыши; 8 – подвесная платформа; 9 – внутренний корпус; 10 – теплоизоляция стенки резервуара; 11 – подкладка; 12 – вторичная перегородка

С точки зрения безопасности резервуары СПГ с двойной стенкой, внутренний резервуар которых изготовлен из стали с содержанием никеля 9%, а внешний из предварительно напряженного бетона, имеющий обкладку от утечек на внутренней поверхности, бетонную крышу и днище, с системой защиты углов и днища – это эффективное, а также долговечное экономическое решение. В зарубежной практике наибольшее распространение получили конструкции крыш, собираемые и свариваемые из отдельных элементов на днище резервуара с последующим пневмоподъемом в проектное положение. В конструкции с самонесущей внутренней крышей избыточное давление газа воспринимается внутренним резервуаром. В межстенное пространство подается инертный газ, например азот, который сушит теплоизоляцию в процессе эксплуатации. Для хранения азота используют специальный газгольдер. В мировой практике широко распространена также конструкция подвесной плоской крыши. Принципиальное отличие такой конструкции от конструкции с самонесущей внутренней крышей заключается в том, что пары продукта свободно проникают в межстенное пространство через зазор между крышей и стенкой или через специальные отверстия в подвесной крыше. Многие фирмы, применявшие одностенные резервуары, в настоящее время предпочитают сооружать двустенные конструкции. Это объясняется тем, что относительно высокая первоначальная стоимость двустенных резервуаров окупается значительной экономией эксплуатационных расходов. Разновидностью наземных изотермических резервуаров являются металлические вертикальные цилиндрические резервуары, заглубленные в грунт, обычно на высоту корпуса (это делается по соображениям безопасности, для того чтобы максимальный уровень взлива продукта не превышал уровня поверхности земли). Схема заглубленного изотермического резервуара приведена на рисунке 18.

Рисунок 18 – Схема конструкции заглубленного изотермического резервуара:

1 - железобетонная крыша; 2 - стальная крыша; 3 - подвесная платформа; 4 - теплоизоляция из стекловаты; 5 - не содержащая фреона твердая полиуретановая изоляция; 6 - мембрана из нержавеющей стали, содержащей 18% Cr и 8% Ni; 7 - железобетонная стенка;

8 - железобетонная шпунтовая стенка; 9 - боковой подогреватель; 10 - железобетонное дно; 11 - подогреватель основания; 12 - основание из гравия

Различают два типа конструкции заглубленных изотермических резервуаров:1) Тип с подвесной платформой (рисунок 19)

Рисунок 19 – Заглубленный резервуар с подвесной платформой:

1-купольная крыша; 2-подвесная платформа; 3-берма (горизонтальная площадка на откосе); 4-изоляция на подвесной платформе; 5-изоляция стенки и днища; 6-подогреватель;

7-насосная площадка; 8-трубопроводная обвязка и эстакада; 9-мембрана; 10-стенка и основание; 11-каркас поршневого насоса.

2) Тип резервуара с крышей, имеющей внутреннюю изоляцию (рисунок 20)

Рисунок 20 – Заглубленный резервуар с крышей, имеющей внутреннюю изоляцию: 1-Купольная крыша; 2-Берма (горизонтальная площадка на откосе); 3-Изоляция стенки и днища; 4-Подогреватель; 5-Насосная площадка; 6-Трубопроводная обвязка и эстакада; 7-Изоляция крыши; 8-Мембрана; 9-Стенка и основание; 10-Каркас поршневого насоса

Заглубленные резервуары принципиально не отличаются от наземных резервуаров открытой установки, но из-за необходимости проведения сложных и трудоемких земляных работ, устройства специальных фундаментов с дренажем и гидроизоляцией более дороги, хотя вместе с тем более надежны, особенно в районах с повышенной сейсмичностью. Заглубленные резервуары не нуждаются в обваловании, и обязательное пространство между резервуарами и объектами, чтобы обезопасить объекты, относительно небольшое, что позволяет сохранить место. По зарубежному опыту на долю изотермических хранилищ приходится около 50% суммарных капиталовложений в комплексы СПГ, что предъявляет повышенные требования к надежности конструкций хранилищ и технологии их эксплуатации. Одной из серьезных технологических проблем, которой уделяется большое внимание зарубежными научными организациями и промышленными кругами, является проблема стратификации СПГ в хранилищах. Она возникает, как правило, при закачке без перемешивания нового СПГ в уже частично заполненный резервуар, в котором хранится СПГ с характеристиками (компонентный состав, плотность, температура и др.), отличными от характеристик закачиваемого продукта. В результате расслоения происходит постепенный перегрев нижнего слоя относительно состояния насыщения при рабочем давлении в резервуаре и последующее резкое самопроизвольное смешение ("переворачивание") слоев с интенсивным парообразованием СПГ, во много раз превышающим номинальное испарение. Явление получило название "ролловер" и трактуется по существу как аварийный режим хранилища с реальной угрозой его разрушения. Явление "ролловера" в хранилищах СПГ активно изучается зарубежными специалистами уже более 30 лет. Большинство случаев "ролловера" связано с расслоением при доливке в неполностью опорожненный резервуар СПГ иного состава. Отмечены случаи "ролловера" за счет саморасслоения СПГ вследствие преимущественного выкипания из него азота. В некоторых случаях "ролловер" был вызван резким падением барометрического давления. "Ролловер" наблюдался на резервуарах емкостью от 5 до 150 тыс. м3 различных типов и конструкций. Расчетные избыточные давления резервуаров колебались при этом от 50 до 225 Мбар. Более половины резервуаров, на которых наблюдались случаи "ролловера", эксплуатировались при постоянных (поддерживаемых) избыточных рабочих давлениях в паровом пространстве, составляющих 0,4-0,6 от расчетного. Однако на ряде резервуаров (по технологической необходимости) давление варьировалось в процессе эксплуатации в диапазоне 0,2-0,95 от расчетного. Один из первых документально зарегистрированных случаев "ролловера" произошел в августе 1971 г. на приемном терминале СПГ в г. Специи (Италия) после слива сильно "выветренного" тяжелого СПГ из танкера в изотермический резервуар под слой более легкого СПГ, уже находившегося в резервуаре ранее. Через 18 ч после окончания слива давление в резервуаре стало самопроизвольно быстро расти и поднялось с 250 мм вод. ст. (рабочее значение) до 710 мм вод. ст., превысив на 210 мм максимально допустимое и создав реальную угрозу разрушения резервуара. Несмотря на определенные успехи, достигнутые в области математического прогноза физических явлений и разработки технологии предотвращения "ролловера", интерес к проблеме не ослабевает до настоящего времени. Первая физико-математическая модель процесса "ролловера" была предложена М. Чэтерджи и Д. Гайст. Разработанная Н. Чэтерджи и Д. Гайстом программа для ЭВМ позволяла с интервалом 0,05 ч вычислять температуру, состав и плотность каждого слоя. Дальнейшая физико-математическая разработка процесса была проведена А.Джермелесом. Им так же рассматривалась не реальная, а эквивалентная бинарная смесь. Для определения плотности смеси по заданным значениям состава и температуры им использовался интерполяционный метод Г.Бойля. Модель А. Джермелеса реализована в виде вычислительной программы на ЭВМ; для случая «ролловера» в г. Специя. Следует подчеркнуть, что и модель М. Чэтерджи, Д. Гайста и модель А. Джермелеса, несмотря на относительно удовлетворительное согласование расчетов времени развития "ролловера" с данными наблюдений в г.Специи, имеют в основе своей существенные общие недостатки. Используемые в этих работах коэффициенты тепло - и массопереноса С.Тарнера по существу предопределяют необходимость эквивалентирования реального состава СПГ бинарной смесью. В результате фактически не учитывалось качественное влияние азота на характер изменения плотности СПГ и общее развитие процессов тепломассопереноса в резервуаре. В связи с этим замечанием непосредственный теоретический и практический интерес представляют результаты исследований процессов расслоения, проведенных Ю.Сугавара с использованием цилиндрических сосудов диаметром 0,5 м и высотой 0,4 и 0,8 м с дифференцированной системой обогрева (днище, стенка, днище + стенка). В качестве рабочих жидкостей использовались фреоны: R-II - "легкая" жидкость; смесь R-II и R-II3 - "тяжелая" жидкость (закачивалась снизу под слой "легкой"-жидкости). Ю. Сугавара предложена полуэмпирическая физико-математическая модель процесса «ролловера». Однако практическое использование полученных экспериментальных данных в приложении к СПГ затруднено ввиду неоднозначности математической модели массопереноса., Наиболее общей является модель "ролловера", разработанная в США Д.Мидером и Д.Хистенд. Существующие способы предотвращения "ролловера" можно разделить на следующие основные группы1 Отдельное хранение СПГ. Способ предполагает закачку СПГ с различной плотностью (составом) в различные резервуары. 2 Заполнение и перемешивание с использованием эффекта плавучести. Способ предполагает закачку относительно более легкой жидкости снизу, т.е. под слой хранимого продукта, а более тяжелой, наоборот сверху. По имеющимся на сегодня теоретическим проработкам способ позволяет обеспечить эффективное перемешивание жидкостей уже в процессе заполнения. 3. Перемешивание после заполнения с использованием насосов. Способ предполагает отбор СПГ из резервуара с помощью штатных погружных насосов и повторную его закачку в резервуар. 4 Перемешивание после заполнения с использованием барботажа. Для расчета тепломассопереноса между слоями и общего периода развития "ролловера" может быть использована модель Д.Мидера и Дж.Хистенд, наиболее полно характеризующая основные физические закономерности рассмотренного процесса. Общие потери СПГ на испарение при "ролловере" могут быть достаточно точно рассчитаны по балансу энтальпий отдельных слоев. Можно ориентироваться на имеющуюся статистику и результаты параметрических исследований процесса "ролловер", выполненных Д.Мидером и А.Джермелесом.

4 Транспорт природного газа

Транспорт природного газа на дальние расстояния может осуществляться тремя способами: по трубопроводам, танкерами для перевозки сжиженного природного газа и танкерами для перевозки сжатого природного газа.Наиболее распространенны в первом десятилетии XXI века танкера для перевозки СПГ объемом 140000 м3. Для межконтинентальных перевозок СПГ на сегодняшний день, в основном, используются танкера, которые впервые появились в конце 50-х годов прошлого столетия. В 1914 году Годфри Кабот запатентовал баржу для перевозки жидкого газа, показав, что транспортировка по воде технически осуществима. 1959 - первый в мире танкер-метановоз «Метан Пионер», переоборудованное грузовое судно, вместительностью 5000 м3 СПГ курсирующее между Лейк Чарльзом и Великобританией. Оно имело пять алюминиевых призматических ёмкостей, объемом 7000 баррелей каждая, основание под каждую ёмкость было сделано из дерева бальза, изоляция каждой ёмкости из фанеры и уретана. В 1997 флот СПГ танкеров составлял 100 судов. За 50 лет было выпущено около 170 танкеров. Количество газовозов, построенных по годам, представлено на рисунке 21.

Рисунок 21 – Число танкеров для перевозки СПГ, построенных в период 1965-2002гг

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»