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 = 214.7 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:

, (9.1)

где V – объем резервуарного парка, м³; Q_Г – годовой объем производства продукта, т; n – принятый запас емкости для хранения, сут. (25); ρ – плотность хранимого продукта, т/м³; 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:

, (9.2)

где Q – годовое потребление газа, м³; Р – пиковая нагрузка от всего потребляемого газа, %; φ – количество паровой фазы, получаемой при регазификации из 1 м³ сжиженного газа, м³.

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:

, (9.3)

где Q_нп – теплота сгорания природного газа, ккал/м³; V_{с п} – полезный объем хранилища сжиженного природного газа, м³; Q_с.у. – теплота сгорания газовоздушной смеси углеводородного газа, ккал/м³.

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.