27. Изотермическое хранение суг в стальных и железобетонных резервуарах

Хранение СУГ в низкотемпературных изотермических (стальных, железобетонных, ледопородных) емкостях получило широкое применение. Это объясняется высокой эффективностью таких резервуаров. Отметим, что хранить сжиженный метан или природный газ можно только в низкотемпературных хранилищах (рис. 11.6). Изотермическое хранение сжиженных углеводородных газов при давлении, незначительно отличающемся от давления внешней среды, имеет преимущества вследствие меньших затрат металла, меньшей территории, занимаемой хранилищем, и большей безопасности хранения. Постоянное низкое давление сохраняется путем откачки паров сжиженных углеводородных газов для использования в газораспределительной сети или повторного сжижения паров.

Т олщину стенки хранилища определяют из условия искусственного охлаждения сжиженного газа, подлежащего хранению, до температуры, при которой давление его насыщенных паров будет близко к атмосферному давлению. В таких условиях достаточно, чтобы стенки внутреннего сосуда хранилища выдерживали как гидростатическое давление продукта, так и незначительное дополнительное давление.

Большое преимущество хранения газа в изотермических резервуарах — их независимость от местных геологических условий.

Металлические теплоизолированные резервуары

Большое распространение при сооружении хранилищ СУГ получили металлические резервуары. Это объясняется хорошей изученностью работы листовых конструкций в области криогенных температур и их надежностью, наличием стали и алюминиевых сплавов, отвечающих требованиям работы при температуре 111 К, возможностью контроля сварных соединений и испытания конструкций в целом, а также наличием эффективных теплоизоляционных материалов и отработанных методик по определению скорости испарения продукта. К преимуществам металлических резервуаров следует отнести возможность их строительства, независимо от мест расположения, а также то, что благодаря надежной герметичности резервуара можно гарантировать отсутствие утечек и образование взрывоопасных смесей. Построенные наземные металлические резервуары имеют объем от 160 до 5500 м3. Чаще они цилиндрической формы, так как сферические более сложны в изготовлении. Изотермический резервуар должен удовлетворять следующим требованиям: — материал для его изготовления должен обладать хорошими механическими свойствами при низкой температуре; — конструкция его должна быть удобной для монтажа, прочной и надежной в эксплуатации; — потери сжиженного газа при испарении вследствие тепло-притока должны быть небольшими, что способствует длительному и безопасному хранению; — стоимость изготовления должна быть невысокой.

Наземный низкотемпературный резервуар состоит из перекрытия, стен, фундамента, герметизирующей оболочки и теплоизоляции (рис. 11.7). Наземный резервуар обычно состоит из двух самостоятельных оболочек: внутренней (несущей и герметизирующей) и наружной, играющей роль защитного кожуха. Так как стоимость ее велика, то иногда в качестве несущей конструкции применяют стенку из предварительно напряженного бетона, а тонкая металлическая оболочка лишь герметизирует пространство. В качестве несущих можно применять также различные мембранные конструкции из элементов в форме дуг окружностей и эллипсов, опирающихся на ребра жесткости, а также вертикальные трубы, сваренные между собой с помощью вставок из листового или профильного металла. Для мембран используют и другие материалы, например эластичные пластмассы, наружную оболочку выполняют из обычной стали.

Основание наземного резервуара бывает двух типов: опирающееся непосредственно на грунт или же на плиту, уложенную на забитых в грунт сваях. При укладке на грунт необходима теплоизоляция, так как при промерзании грунта может возникнуть его пучение и деформация резервуара. Теплоизоляцией служат довольно дорогие твердые пористые силикатные материалы типа пеностекла, бетоны с легкими наполнителями, различные крупнозернистые материалы (гравий, керамзит), пространство между которыми заполняют минеральной шерстью или перлитом.

В торой метод позволяет уменьшить промерзание грунта, так как воздух является довольно хорошим теплоизолятором. Однако в этом случае необходима надежная изоляция дна для снижения теплопотерь. Между железобетонной плитой основания и стальным дном укладывают бетонные блоки с вертикальными трубчатыми отверстиями. В них и в пространство между блоками помещают рыхлую теплоизоляцию, например вспученный перлит. Блоки служат несущими конструкциями.

Перекрытие резервуара представляет собой двухсменный купол с помещенной между оболочками теплоизоляцией. Для снижения теплопотерь в пространство между оболочками пропускают сухой азот, который также осушает теплоизоляцию. При проектировании и сооружении низкотемпературных резервуаров возникает ряд задач: выбор материала для резервуара, теплоизоляция резервуара, сооружение фундамента под резервуар, безопасная эксплуатация хранилища жидкого газа. Для сооружения самого резервуара требуются материалы (металлы), обеспечивающие необходимые механические свойства в условиях низкой температуры. Внешнюю защитную оболочку газгольдера выполняют из углеродной стали; она должна быть герметична и защищать теплоизоляцию от увлажнения. Очень важно правильно выбрать и теплоизоляцию резервуара. Основное требование, предъявляемое к теплоизоляции, низкая теплопроводность. В настоящее время резервуары с двойной стенкой обычно теплоизолируют перлитом, засыпанным в пространство между стенками. При сооружении стальных низкотемпературных резервуаров большое значение имеет их правильная опора на грунт. Глубина промерзания грунтов под резервуарами зависит от температуры хранимого сжиженного газа и грунта, диаметра резервуара, коэффициентов теплопередачи изоляции и теплопроводности грунта. Крупнозернистые грунты (гравий, песок) не чувствительны к промерзанию. При замерзании они увеличивают свой объем приблизительно на 9 %. При отсутствии систем капилляров такие грунты не способны подсасывать дополнительную влагу из соседних пластов, и, даже несмотря на образование ледяных линз, вспучивания, как правило, не наблюдается. Связанные грунты (суглинки, илы, глины, а также гравий и песок в плотной смеси с суглинками) чувствительны к действию холода. Из-за разветвленной капиллярной системы влага подтягивается к ядру замерзания из соседних пластов, что ведет к вспучиванию грунта, при котором возможен подъем и потеря устойчивости даже очень тяжелых сооружений. Прежде чем рассчитывать основание, определяют, необходимо ли предотвратить проникновение холода в грунт, находящийся под основанием.

Изотермические резервуары для сжиженных газов необходимо оснащать средствами контроля и автоматизации, с помощью которых обеспечивается измерение необходимых параметров.

И спаряющийся из теплоизолированного резервуара 1 пар через теплообменник 7 поступает в компрессор 4, где сжимается до 0,5-1,2 МПа (в зависимости от термодинамических свойств хранимого газа), затем в холодильнике-конденсаторе 5 охлаждается водой 6 и конденсируется при неизменном давлении. Сконденсированный сжиженный углеводородный газ 2 дополнительно переохлаждается встречным потоком газа в теплообменнике 7, дросселируется в вентиле") до давления, соответствующего режиму хранения и поступает снова в резервуар 1.