конспект лекций. Конспект лекций по газу оригинал. Конспект лекций для студентов специальности 130501 Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ

• Название: Конспект лекций для студентов специальности 130501 Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ
• Анкор: конспект лекций
• Дата: 10.05.2022
• Размер: 4.98 Mb.
• Имя файла: Конспект лекций по газу оригинал.doc
• Тип: Конспект лекций; #520326
• страница: 17 из 22

ГЛАВА 8

ХРАНЕНИЕ СЖИЖЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ
8.1. Определение объемов хранилищ сжиженных углеводородных газов
В связи с непрерывным ростом производства и потребления сжиженных газов требуется увеличение общего объема хранилищ и усовершенствование способов хранения. Хранилища сжиженных газов необходимы на газо- и нефтеперерабатывающих заводах, установках стабилизации нефти, газоприемораздаточных и газонаполнительных станциях, на химических предприятиях, для нормальной эксплуатации трубопроводов сжиженного газа и регулирования сезонной неравномерности газопотребления. Мелкие емкости сжиженного газа используют для коммунально-бытовых нужд, в сельской местности и на транспорте. Без хранилищ сжиженного газа невозможна непрерывная и надежная работа транспортно-распределительной системы газоснабжения. Это объясняется неравномерностью производства и потребления сжиженных газов. Работа транспорта становится оптимальной только при равномерной нагрузке в течение года. Для обеспечения таких условий работы транспорта с учетом создания резервов на случай аварий в отдельных звеньях транспортной системы необходимо иметь крупные хранилища сжиженных газов. Для обеспечения бесперебойного производства, транспорта и потребления сжиженных газов необходимо иметь не менее 0,5-0,55 м резервной вместимости на 1 т годовой производительности.

Хранилища для сжиженных углеводородных газов по своему назначению можно разделить на следующие основные группы.

Группа А - хранилища, находящиеся на газо- и

нефтеперерабатывающих заводах. Объем резервуарного парка таких хранилищ определяют по формуле



где M_r - годовой объем производства сжиженного углеводородного газа;

 - время хранения, сут (2-20), определяется в зависимости от принятого для промышленного предприятия норматива;

 - плотность хранимого продукта;

k₃ - коэффициент заполнения резервуаров хранилищ.

Группа Б - хранилища на перевалочных кустовых и портовых базах сжиженного углеводородного газа, резервуарные парки газонаполнительных станций (ГНС). Необходимую емкость резервуарного парка следует определять в зависимости от суточной производительности хранилища, степени заполнения резервуаров и количества резервируемого для хранения сжиженного углеводородного газа. Количество резервируемого газа целесообразно рассчитать в зависимости от времени работы хранилища без поступления газа _р. Величину τ_p определяют по формуле



где ℓ - расстояние от завода-поставщика сжиженного углеводородного газа до хранилища;

V_тр - нормативная скорость доставки грузов (для железной дороги при перегонной отправке принимается 330 км/сут);

_пр - время, затрачиваемое на операции, связанные с отправлением и прибытием продукта (принимается 1 сут);

_з - время, на которое следует предусматривать эксплуатационный запас сжиженных газов в хранилище (в зависимости от местных условий принимается 3-5 сут).

Группа В - хранилища у потребителей (крупные промышленные предприятия, населенные пункты). Необходимый объем этих хранилищ рассчитывают из годовой потребности и характера потребления сжиженного углеводородного газа.

Группа Г - хранилища для сглаживания неравномерности потребления газа. Они обеспечивают бесперебойную и непрерывную подачу газа при колебаниях (сезонных, суточных, часовых) его потребления. Объем хранилищ V_r для сглаживания неравномерности с применением сжиженного природного газа (СПГ) определяют по формуле

,

где М - годовое потребление газа;

П - величина пиковой нагрузки (в % от всего потребляемого газа);

 - количество паровой фазы, получаемой при регазификации из 1 м³

сжиженного природного газа.

В некоторых случаях для сглаживания неравномерности газопотребления эффективнее применять сжиженные газы (пропан, бутан). При этом объем необходимого количества резервного сжиженного газа становится меньше, так как его теплота сгорания примерно в 3 раза больше теплоты сгорания метана.

Объем хранилищ для регулирования неравномерности газопотребления V_r с применением пропан-бутановых смесей определяют по формуле

,

где Q_r - теплота сгорания природного газа;

V_rn- объем хра­нилища природного газа;

Q_rc - теплота сгорания газовоздушной смеси сжиженного газа (пропан, бутан).

Способность сжиженных газов переходить в жидкое состояние при нормальной температуре и невысоком давлении значительно облегчает их хранение. Условия хранения сжиженных газов и их смесей в емкостях определяют физико-химическими и термодинамическими свойствами сжиженных газов.

В зависимости от давления и температуры, при которых хранятся сжиженные газы, существуют два основных способа хранения:

1. При температуре окружающей среды Т и повышенном давлении, равном давлению насыщенных паров продуктов хранения при этой температуре. В этом случае расчетное давление резервуара соответствует давлению паров продукта над жидкостью при абсолютной максимальной температуре окружающей среды, характерной для района строительства. Для хранения сжиженных углеводородных газов под давлением применяют стальные резервуары, подземные хранилища шахтного типа и хранилища в соляных пластах.

2. При постоянном давлении р_хр, значительно меньшем давления насыщенных паров продукта хранения при окружающей температуре (р_хр < 1 МПа) (изотермическое хранение). Температура в хранилище Т_хр будет постоянна и равна температуре насыщенных паров продукта хранения при р_хр. Обычно р_хр близко к атмосферному (р_хр = 0,105-0,11 МПа) и для большинства СУГ Т_хр. < 273 К. Например, температура кипения (в К) при атмосферном давлении составляет 283, бутана - 272,5, пропилена - 226, пропана 231, этилена - 170, этана - 164,5, метана - 114.

Изотермическое хранение сжиженных углеводородных газов осуществляется в емкостях следующих типов:

стальные теплоизолированные резервуары, они бывают цилиндрическими и сферическими; сферические резервуары применяют для хранения сжиженных газов при пониженных давлениях (0,5-0,55 МПа) - промежуточных между принятыми в изотермических резервуарах и обычных

резервуарах высокого давления; стальные изотермические хранилища сжиженных газов могут быть как в наземном, так и в загубленном исполнении;

-железобетонные теплоизолированные резервуары;

-подземные ледопородные резервуары.

В стальных цилиндрических резервуарах под давлением упругости паров сжиженные газы целесообразно хранить на распределительных базах при объемах хранилища до 2000 м³. При объемах хранилища от 2000 до 100000 м³ используют изотермические резервуары с промежуточным хладоносителем, а для хранения большего объема газа целесообразно сооружать резервуары в соляных пластах и горных выработках.

Хранение сжиженного метана возможно только в низкотемпературных хранилищах. Использование для этих целей изотермических стальных, железобетонных и подземных ледопородных емкостей находит все большее применение. Это объясняется высокой эффективностью таких резервуаров

Очень эффективны методы хранения сжиженных газов в подземных и изотермических резервуарах. Для них требуется меньшее количество металла, меньше площади, и они менее пожаровзрывоопасны.
8.2. Хранение сжиженных углеводородных газов под давлением в металлических резервуарах
Стальные резервуары бывают цилиндрические и сферические, а в зависимости от монтажа - наземные, подземные и с засыпкой (рис. 8.1). В первом случае внешняя среда обусловливает температурный режим хранимого сжиженного газа: изменение температуры воздуха вызывает соответствующие изменения температуры сжиженного газа. Разница в температурах сжиженного газа и атмосферы незначительная - порядка 1…2 К. Максимальная температура сжиженного газа в наземных резервуарах определяется максимальной температурой воздуха в летний период.

При заглублении резервуаров температура газа мало зависит от колебаний температуры воздуха и больше зависит от температуры окружающей среды. Давление сжиженного углеводородного газа в резервуарах изменяется в зависимости от температуры хранимого в них продукта. Максимальное давление в резервуаре обусловливается упругостью насыщенных паров при максимальной температуре внешней среды. Максимальную температуру в надземных резервуарах и транспортныхемкостях для территории России принимают порядка 328 К. При этой температуре упругость насыщенных паров пропана 1,92 МПа, н-бутана 0,62 МПа и изобутана 0,8 МПа. Минимальная температура в надземных резервуарах для территории России может достигать 233 К. При этой температуре упругость паров пропана составляет 0,114 МПа, бутана - 0,04 МПа, т. е. в резервуаре для хранения бутана может наблюдаться вакуум. На глубине 1-1,5 м t_max = 293-298 К, что обусловливает давление упругих паров пропана 0,95 МПа, н-бутана - 0,265 МПа и изобутана - 0,35 МПа.





Рис. 8.1. Стальные резервуары:

а - цилиндрический наземный; б - цилиндрический подземный; в -цилиндрический с засыпкой; г - шаровой; 1 - резервуар; 2 - площадка для обслуживания; 3 - опоры.

В зимне-весенний период года t_min = 271 К, тогда давление упругих паров пропана - 0,45 МПа, н-бутана - 0,11 МПа и изобутана - 0,15 МПа. Таким образом, при хранении сжиженных углеводородных газов при переменной температуре давление в резервуаре колеблется в значительных пределах. Для хранения СУГ при повышенном давлении затрачивается много металла, а также требуется оснащать резервуары арматурой высокого давления при повышенных эксплуатационных расходах. Резервуары под высоким давлением имеют сравнительно небольшой объем и являются весьма пожаро-и взрывоопасными. Поэтому к устройству складов сжиженных газов, оборудованных этими резервуарами, предъявляются повышенные требования по технике безопасности. Недостаток этих резервуаров - их большая стоимость и металлоемкость (около 320 кг металла на 1 м³ объема для СУГ). Хранение продуктов значительно усложняется, если необходимо хранить газы (например, этилен), которые при нормальной температуре технологически трудно перевести из газообразного состояния в жидкое.

Сжиженные газы хранят в цилиндрических и шаровых резервуарах. Вместимость цилиндрического резервуара должна быть не более 200 м³ для СУГ и 250 т для аммиака, вместимость шарового резервуара для СУГ, входящих в состав газонаполнительных станций, - не более 600 м³ , для СУГ, хранящихся на сырьевых и товарных складах нефтехимических предприятий, - не более 2000 м³. Вместимость шарового резервуара для хранения аммиака не должна превышать 2000 т при р_хр до 1 МПа, 950 т при р_хр от 1 до 1,6 МПа и 500 т при р_хр от 1,6 до 2 МПа включительно.

Металлические (стальные) резервуары для сжиженных газов изготавливают четырех типов:

—цилиндрические передвижные объемом 600, 1000 и 1600 л для наземной установки;

-—цилиндрические стационарные объемом 2,5, 5 и 10 м³ для подземной установки;

—цилиндрические стационарные объемом 25, 50, 100, 160 и 200 м³ для наземной и подземной установок;

—шаровые объемом 300, 600, 900, 2000 и 4000 м³ для наземной установки.

Резервуары для сжиженных газов изготавливают из стали ВСт.З, спокойной, предназначенной для хранения продуктов при температуре стенки емкости до 243 К и не выше 323 К и из стали 16ГС для хранения продуктов с температурой стенки не выше 323 К и не ниже 233 К. Основные характеристики цилиндрических резервуаров даны в табл. 6.1.

На газобензиновых, нефтеперерабатывающих, химических и других заводах, а также на крупных базах хранения и распределения сжиженных газов применяют шаровые резервуары, на изготовление которых расходуется меньше металла на единицу объема. Сферический резервуар объемом 600 м³ при толщине стенки 22 мм и диаметром 10,5 м, рассчитанный на рабочее давление 6 10⁵ Па, весит 70 т. Основные характеристики сферических резервуаров даны в табл. 8.2. Наземные резервуары для защиты от действия солнечных лучей окрашивают в светлый цвет и оборудуют теневыми кожухами или располагают под навесами. Подземные резервуары покрывают противокоррозионной изоляцией и засыпают песком. Каждую емкость оборудуют люками. Люк-лаз имеет диаметр 0,45 м, а люк вентиляции - 0,2 м. От люка-лаза внутрь горизонтального резервуара устанавливают стремянку для спуска по ней рабочего во время осмотра емкости. Штуцер для спуска воды необходимо оборудовать незамерзающим клапаном.
Таблица 8.2