9.4.1. Конструкции низкотемпературных резервуаров

Наземные низкотемпературные резервуары сооружаются различной геометрической формы (цилиндрические, сферические) и обычно с двойными стенками, пространство между которыми заполнено теплоизолирующим материалом. Наибольшее распространение получили вертикальные цилиндрические резервуары объемом от 10 до 50 тыс. м³, выполненные из металла или железобетона (в США эксплуатируется резервуар подобного типа объемом 75 тыс. м³, выполненный из металла). [6]

Внутренняя и наружная оболочки крепятся к фундаменту с помощью анкеров. Главным достоинством резервуаров такой конструкции считается надежность в сохранении низкой температуры и стойкость теплоизоляционного слоя.

Сферические резервуары обычно сооружаются с одиночной стенкой. Одностенные резервуары покрываются теплоизоляцией с внешней стороны. Эти резервуары допускают возможность хранить сжиженный газ и под некоторым давлением, когда обеспечение слишком низкой температуры нерентабельно. Пропан, бутан и другие подобные газы хранятся в них при температуре 0, -5ºС при соответствующем давлении. Максимальный объем таких резервуаров до 2000 м³.

В последние годы стала применяться более прогрессивная конструкция стальных цилиндрических резервуаров – с одинарной стальной стенкой, покрытой снаружи теплоизоляцией. Перекрытие резервуара купольное, днище – плоское. Нижний пояс корпуса закрепляется на фундаменте анкерными болтами. Теплоизоляция снаружи защищается от атмосферных воздействий белой жестью, торкрет-бетоном или другим материалом. Резервуары такой конструкции нашли широкое применение для низкотемпературного хранения сжиженного пропана и бутана в США, Англии, Франции и Японии. Отмечается относительно низкая стоимость одностенных низкотемпературных резервуаров по сравнению с двухстенными.

При строительстве и эксплуатации низкотемпературных резервуаров возникает ряд проблем, к которым, в первую очередь, относятся: выбор металла для резервуара; теплоизоляция резервуара; сооружение фундамента под резервуар; безопасная эксплуатация резервуара.

Для изготовления оболочки резервуара, непосредственно соприкасающейся с охлажденным продуктом, необходимы металлы, обеспечивающие необходимые механические свойства в условиях низкой температуры.

9.4.2. Низкотемпературное хранение сжиженных газов в подземных ледопородных резервуарах

В подземных ледопородных резервуарах можно хранить более значительные объемы сжиженных газов, чем в низкотемпературных наземных резервуарах. Этот способ наиболее взрывопожаробезопасен, а в отдельных случаях более экономичен.

Подземный ледопородный резервуар представляет собой емкость, стенки и днище которой выполнены из замороженных горных пород, а перекрытие – из традиционных строительных материалов: стали, алюминиевых сплавов или бетона (рис. 9.11). Ледопородный резервуар сооружается в следующей последовательности. Вокруг будущего резервуара по окружности бурятся скважины 4 на глубину ниже 35 м глубины залегания водоупора. Затем монтируется узел примыкания 3 перекрытия к ледопородной оболочке, который обычно представляет собой железобетонное кольцо. [5]

В пробуренные скважины опускаются замораживающие колонки 5, по которым пропускается теплоноситель, что приводит к замораживанию горных пород вокруг колонок и созданию ледопородной оболочки 6, сопряженной с водоупором. Под защитой ледопородного ограждения и водоупора, противостоящих гидростатическому и горному давлениям, вынимается талый грунт и образуется емкость 1. Вместе с выемкой грунта на площадке рядом с сооружаемым резервуаром производится сборка перекрытия из предварительно заготовленных элементов. Затем перекрытие перемещают целиком или по частям на опорное железобетонное кольцо. В отдельных случаях опорой перекрытия могут служить замораживающие колонки.

Для герметичного соединения перекрытия с опорой его приваривают по периметру к закладной кольцевой обечайке, вмонтированной в опорное кольцо. Перекрытие теплоизолируется, устанавливаются погружные насосы, трубопроводы, арматура, контрольно-измерительные приборы. В резервуар заливают сжиженный газ при давлении 200500 мм вод. ст. и при соответствующей отрицательной температуре. Методы сооружения ледопородных резервуаров определяются их объемом, конструкцией и геологическим разрезом площадки, на которой они должны быть построены.

На низкотемпературном хранилище с ледопородными резервуарами осуществляются следующие операции:

• осушка сжиженного газа;

• охлаждение сжиженного газа и заполнение резервуаров;

• хранение сжиженного газа с поддержанием в резервуарах рабочего давления, равного 1.964.9МПа;

• выдача сжиженного газа.

Далее приведены примеры сооружения низкотемпературных хранилищ с ледопородными резервуарами для хранения сжиженных углеводородных газов.

На территории нефтеперерабатывающего завода, вблизи Соленого озера, в штате Юта (США), сооружена емкость для хранения, сжиженного пропана. Геологические условия участка сооружения представляют хороший пример использования проницаемых водоносных отложений. Разрез представлен переслаиванием песчано-алевритовых пород, гравия с включением гальки и отдельных прослоев песчаной глины и глинистых алевритов в нижней части разреза. На глубине примерно около 35 м залегает кровля мощного пласта алевритовой глины с хорошими инфильтрационными свойствами. Этот пласт и был принят для заглубления замораживающих колонок. Проходка емкости в таких условиях могла быть обеспечена только в результате предварительного замораживания пород. Диаметр емкости составляет около 31 м, а глубина – около 30 м. Перед проектированием производился отбор керна с ненарушенной структурой. В лабораторных условиях оценивались структурно-текстурные свойства образцов при замораживании, определялись физические термические свойства.

Известны еще две емкости для хранения жидкого пропана. Первая – в штате Делавэр (США) около Ныо-Кастл объемом почти 80 тыс. м³ сооружена по описанной выше схеме компанией «Тайдуотер ойл». Вторая, небольшая по объему (около 8 тыс. м³), емкость – в Канаде, штат Квебек, Восточный Монреаль, отличается от всех описанных ранее. Здесь для стенок используются породы кристаллического типа. Известно, что емкость хранилища сооружена в известняках, где, очевидно, не требуется предварительного замораживания, а сооружение начинается с проходки емкости, которая затем заполняется по обычной схеме.