9.1.2. Хранение при постоянной температуре и низком давлении
Хранение сжиженного газа при низком давлении, лишь немного превышающем давление внешней атмосферы, имеет ряд преимуществ, заключающихся в уменьшении расхода металла и арматуры на строительство резервуара, меньшей территории, занимаемой хранилищем, и большей безопасности эксплуатации хранилища. Постоянное низкое давление в резервуаре сжиженного газа может сохраняться только при поддержании определенной температуры хранимого сжиженного газа. Это достигается предварительным охлаждением сжиженного газа до заданной температуры при наливе его в резервуар и отводом из резервуара тепла, проникающего к сжиженному газу от окружающей среды.
Хранение сжиженного газа при постоянной температуре называется изотермическим. [8]
При давлении, превышающем давление внешней атмосферы на Δр = 214.7 кПа, оно обеспечивается для пропана поддержанием постоянной температуры его в пределах от -43 до -41ºС. Изотермическое хранение жидкого н-бутана при давлении, близком к атмосферному, требует поддержания температуры его порядка -4ºС, для жидкого изобутана -12ºС.
Предварительное и последующее охлаждение сжиженного газа при изотермическом хранении осуществляется за счет холодильного процесса.
Хранение является одной из основных частей в общей схеме производства и потребления сжиженных углеводородных газов.
Развитие химической промышленности, увеличение объема коммунально-бытового потребления сжиженных газов, а также неравномерность роста их производства, который происходит крупными скачками при вводе новых мощностей газоперерабатывающих, нефтеперерабатывающих заводов и газофракционирующих установок, вызывают необходимость сооружения новых хранилищ сжиженных углеводородных газов.
Правильное использование соотношения производство — потребление заставляет направлять в хранилища каждую лишнюю тонну сжиженного газа.
Все хранилища для сжиженных углеводородных газов по своему назначению можно разделить на следующие основные группы:
- хранилища, находящиеся на газоперерабатывающих (ГПЗ) и нефтеперерабатывающих (НПЗ) заводах;
- хранилища, обслуживающие перевалочные кустовые и портовые базы сжиженного газа, резервуарные парки газонаполнительных станций;
- хранилища, находящиеся непосредственно у потребителей (крупные промышленные предприятия, населенные пункты);
- хранилища, обслуживающие станции пик потребления (предприятия, сглаживающие неравномерность потребления газа).
Для хранения сжиженного газа на газоперерабатывающих и нефтеперерабатывающих заводах предусматривается резервуарный парк из условия обеспечения суточного запаса продукта. Необходимый объем резервуарного парка этих хранилищ, исходя из производительности завода, определяется по формуле:
где V – объем резервуарного парка, м 3 ; QГ – годовой объем производства продукта, т; n – принятый запас емкости для хранения, сут. (25); ρ – плотность хранимого продукта, т/м 3 ; k – коэффициент заполнения резервуаров хранилища продуктом. [8]
Хранилища на ГПЗ и НПЗ могут использоваться и для создания сезонных запасов сжиженных газов на случай спроса на них в отдельные периоды.
Хранилища второй группы по существу являются промежуточными базами между производством и потреблением. В данном случае сжиженные газы транспортируются дважды: с заводов-поставщиков на промежуточное хранение, оттуда – к потребителям. Через эти хранилища проходит значительное количество сжиженных газов, предназначенных для распределения в потребительской сети Необходимый объем резервуаров на кустовых и перевалочных базах определяется исходя из условия обеспечения n-суточного запаса сжиженных газов, а также с учетом грузоподъемности танкеров, их оборачиваемости и неравномерности.
Хранилища сжиженных газов у потребителей – это резервуарные парки и отдельные емкости на промышленных предприятиях, использующих сжиженные газы в качестве сырья или топлива, а также емкости, предназначенные для газоснабжения населенных пунктов. Расчет необходимого объема хранимого газа для данных хранилищ ведется исходя из годовой потребности сжиженного газа. Для населенного пункта годовая потребность в газе складывается из потребности на отопление, вентиляцию и коммунально-бытовые нужды.
Хранилища четвертой группы обеспечивают бесперебойную и непрерывную подачу газа потребителям в условиях колебаний (сезонных, суточных, часовых) его потребления, которые вызваны неравномерным потреблением газа коммунально-бытовым сектором; промышленность потребляет газ в течение года более или менее равномерно. Значительное понижение температуры в зимний период года резко повышает потребность в топливе, что, в свою очередь, вызывает необходимость либо увеличивать пропускную способность газопровода, либо создавать резервы природного газа или заменяющего топлива. Увеличение подачи природного газа не всегда возможно, так как увеличение давления в газопроводе ограничено прочностными характеристиками последнего и прокладка дополнительной нитки газопровода не всегда экономически оправдана.
Создание крупных запасов природного газа в подземных структурах вблизи потребителя также ограничено геологическими условиями.
В некоторых городах во время больших пиковых нагрузок вводятся аварийный режим газоснабжения, при котором производится принудительное отключение крупных, обычно промышленных потребителей от газовых сетей.
Использование хранилищ сжиженных газов (пропан, метан), с дальнейшей их регазификацией и подачей потребителю позволяет сгладить пик потребления газа. Для этого излишки газа, поступающего по газопроводу, во время минимального потребления отбираются и подаются на станцию пик потребления, где газ сжижают и подают в хранилище. Во время пиковых нагрузок газопотребления сжиженный газ отбирается из хранилища, регазифицируется и подается потребителю.
Полезный объем хранилища, обслуживающего станцию пикового газопотребления с применением сжиженного природного газа, определяется по формуле:
где Q – годовое потребление газа, м 3 ; Р – пиковая нагрузка от всего потребляемого газа, %; φ – количество паровой фазы, получаемой при регазификации из 1 м 3 сжиженного газа, м 3 .
Объем потребного количества резервного сжиженного углеводородного газа с учетом обеспечения нормального сжигания конечной газовоздушной смеси будет меньше, чем объем сжиженного природного газа, поскольку теплота сгорания природного газа примерно в 3 раза меньше теплоты сгорания углеводородного газа.
Полезный объем хранилища станции пик потребления с применением сжиженного углеводородного газа можно рассчитать по формуле:
где Qнп – теплота сгорания природного газа, ккал/м 3 ; Vс п – полезный объем хранилища сжиженного природного газа, м 3 ; Qс.у. – теплота сгорания газовоздушной смеси углеводородного газа, ккал/м 3 .
Сжиженные газы хранят в резервуарах, которые классифицируются по способу хранения, материалу из которого изготовлены, и хранимому продукту.
Существуют два способа хранения сжиженных газов:
- под повышенным давлением и при температуре окружающей среды;
- под давлением, близким к атмосферному, и соответствующей температуре (низкотемпературное хранение).
На рис. 9.1 приведена схема классификации резервуаров для хранения сжиженных углеводородных газов.
При первом способе сжиженные углеводородные газы хранят в стальных резервуарах или подземных шахтного типа и образованных в соляных формациях.
При втором способе сжиженный газ хранят в тонкостенных стальных теплоизолированных резервуарах, в железобетонных наземных и заглубленных и ледопородных подземных резервуарах.
Источник
Технология хранения СПГ
Производимый на технологических линиях сжиженный природный газ поступает в специальные резервуары для хранения, после чего загружается на СПГ-танкер при помощи специального оборудования. СПГ транспортируется судами-газовозами (метановозами) при атмосферном давлении и при своей атмосферной точке кипения.
При больших объемах сжиженного природного газа используется изотермический способ хранения – это хранение сжиженного газа в резервуарах при той температуре, которая обеспечивает избыточное давление насыщенных паров, близкое к атмосферному.
Система хранения сжиженного природного газа включает в себя следующие элементы:
- Стационарные резервуары
- Оборудование, предназначенное для заполнения резервуаров от технологических линий сжижения газа
- Оборудования для отгрузки (стендеры)
- Оборудование, обеспечивающее безопасность хранения СПГ
В общем случае отгрузочный терминал СПГ включает в себя следующие объекты: резервуарный парк хранения СПГ, систему трубопроводов и специализированные причалы с установленным оборудованием для отгрузки сжиженного природного газа.
Сжиженный природный газ хранится в переохлажденном виде под давлением, немного большим атмосферного (для резервуаров емкостью более 500 м 3 ). Для меньших емкостей хранения предпочтение отдается резервуарам под давлением (51,0 МПа) сигарообразной или сферической формы, технология которых схожа с технологией сооружения резервуаров СНГ (сжиженного нефтяного газа, фракции С3 + С4). Форма резервуаров СПГ цилиндрическая со сферическими днищами.
Основные эксплуатационные характеристики резервуаров для хранения сжиженного газа:
- Относительное максимальное давление (от 10 до 23 КПа в зависимости от конструкции).
- Уровень суточных испарений, то есть процентное отношение между кубическими метрами СПГ, испарившимися за сутки и максимальным объемом СПГ, который может храниться (от 0,05 до 4% в зависимости от конструкции).
Помимо общих технических критериев, которым они должны удовлетворять, можно отметить главное:
- Полная непроницаемость для газа
- Восприятие нагрузок от СПГ (давление, температура, вес)
- Удержание СПГ в экстремальных условиях, создающихся или самим СПГ или средой, окружающей резервуар
- Стабильность основания (креплений)
- Сохранение целостности теплоизоляции, заполняющей пространство
- Возможность контроля целостности оболочек в процессе эксплуатации
При строительстве терминалов сжиженного природного газа с большими объемами хранения (50–160 тыс. м 3 ) применяется сталь, в составе которой содержится 9% никеля. Это обусловлено высокой прочностью и устойчивостью такого материала к охрупчиванию при сверхнизких температурах, при которых хранится СПГ.
Источник