Хранение сжиженного газа в замороженном грунте

Обновлено: 07.07.2024

Сжиженный природный газ является достаточно перспективным энергоносителем, который прекрасно подходит для газоснабжения удаленных районов. Хранение сжиженного природного газа является важным процессом, в котором требуется обеспечение промышленной безопасности. В данной работе рассмотрены вопросы безопасности хранения сжиженного природного газа в резервуарах. Обеспечение безопасности эксплуатации резервуаров хранения СПГ необходимо рассматривать как систему, поэтому необходимо проводить постоянный контроль параметров их эксплуатации.

Ключевые слова: сжиженный природный газ, хранение, безопасность, энергетика.

Shevchuk E.V.

Postgraduate, Saint-Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering

LIQUIFIED NATURAL GAS STORAGE AND PROBLEMS OF INDUSTRIAL SAFETY

Abstract

Liquefied natural gas is quite promising energy source, which is suitable for gas supply in remote areas. Storage of liquefied natural gas is an important process in which it is important to ensure industrial safety. This paper discusses the safety of storage of liquefied natural gas in the tanks. Ensuring safe operation of liquefied natural gas storage in tanks should be considered as a system; therefore it is necessary to carry out the continuous monitoring of the parameters of their operation.

Keywords: liquefied natural gas, storage, safety, power engineering.

Сжиженный природный газ (СПГ) является достаточно перспективным энергоносителем, который прекрасно подходит для газоснабжения удаленных районов, куда доставка энергоносителя по трубопроводам является невозможной (в силу особенностей географического положения) или нерентабельной. Хранение СПГ проводится при криогенных температурах, поэтому соблюдение температурных параметров оказывает непосредственное влияние на промышленную безопасность. Разгерметизация резервуаров для хранения СПГ может привести к возникновению пожаров и взрывов, поэтому обеспечение безопасности на объектах его хранения является ключевой задачей. В данной работе рассмотрены вопросы безопасности хранения сжиженного природного газа в резервуарах.

Основными опасными факторами при эксплуатации резервуаров для хранения СПГ являются:

Пролив;
Возникновение пожара в результате пролива;
Взрыв паров СПГ в ограниченном объеме;
Выброс паров СПГ с воспламенением или без воспламенения.

Резервуары для хранения СПГ можно разделить на три основных группы:

Стационарные. Резервуары входят в систему выдачи, газификации и хранения СПГ. Служат для долговременного хранения СПГ под давлением 0,2-6 атм [1]. Объем резервуаров достигает величины более 50 м 3 .
Транспортные. Служат для доставки СПГ потребителю. Предельное давление, под которым находится продукт, достигает 16 атм.
Технологические. Предназначены для СПГ, который производится на комплексе, и осуществляют функцию обеспечения потребителя сжиженным газом по определенному графику. Объем таких резервуаров составляет менее 50 м 3 [2].

Если рассматривать опасности, которые могут приводить к возникновению аварий резервуаров для хранения СПГ, то можно выделить две основные группы, связанные с воздействиями на внутренний корпус резервуаров и с воздействиями на внешний корпус. Обе группы данных воздействий могут приводить к широкому спектру аварий и инцидентов на опасных производственных объектах. Воздействия с внешней стороны могут возникать в результате сейсмической активности, воздействия ветровой нагрузки и ударных волн; воздействия высоких температур, а также других факторов. Одним из частых внутренних явлений, которое приводит к повышению давления и температуры в резервуарах, является закачка в резервуар продукта с отличными характеристиками (температура, компонентный состав, плотность), нежели продукт, находящийся в резервуаре. Такое смешение может приводить к самопроизвольному повышению давления. Самопроизвольное повышение давление может приводить к возникновению быстропротекающих процессов, которые могут инициировать пожар с последующим взрывом (детонацией). Решением такой проблемы может быть откачка из хранилища СПГ газа, в объемах необходимых для снижения давления до проектных значений. Вне зависимости от системы управления откачкой СПГ из хранилища, резервуары должны обеспечиваться необходимой автоматикой для сброса давления в случае его резкого повышения и системой продувки резервуаров в случае возникновения аварийных ситуаций.

Одним из путей повышения стойкости резервуаров СПГ к воздействию вышеперечисленных внешних факторов, является повышение их устойчивости и прочности. На стадии проектирования должны быть заложены параметры оптимальных размеров резервуара, обеспечен прочный фундамент и необходимая толщина стенки. Толщина стенки закладывает на стадии проектирования исходя из условия прочности и предела текучести стали, и в обязательном порядке должна включать некоторый запас по прочности. Также необходимо проведение расчетов на устойчивость резервуара к аэродинамическим, сейсмическим и гидродинамическим нагрузкам. Особую важностью обладают аэродинамические расчеты для резервуаров, высота которых превышает 3-4 м, поскольку вихревые потоки воздуха при больших скоростях могут приводить к возникновению колебаний и потере устойчивости данного сооружения вследствие деформации лап и креплений резервуаров.

Важным аспектом обеспечения безопасности эксплуатации резервуаров СПГ является их снабжение автоматизированной системой управления безопасностью, которая связывает между собой датчики (главным образом, датчики давления и температуры), сигнализаторы и исполнительные устройства (компрессоры, задвижки и т.п.). Данная система должна осуществлять управление работой резервуара для предотвращения следующих ситуаций 3:

Обеспечение безопасности резервуаров хранения СПГ необходимо рассматривать как систему, поэтому необходимо проводить постоянный контроль параметров их эксплуатации. Разработка новых требований безопасности при хранении СПГ является ключом к предотвращению аварий на данных объектах.

Хранение сжиженных газов в таких условиях достигается путем искусственного снижения давления паров хранимых продуктов охлаждением их до точки кипения. В таком состоянии сжиженные газы можно хранить при атмосферном давлении, в соответствии с которым и определяют толщину стенок резервуаров. Достаточно, чтобы стенки выдерживали гидростатическое давление залитого продукта. Следовательно, для хранения переохлажденных сжиженных газов могут быть использованы тонкостенные сосуды, Такой способ хранения позволяет сократить расход металла в 6 - 15 раз в зависимости от хранимого продукта и объема резерг вуара. [1]

Хранение сжиженных газов в емкостях в производственных зданиях не разрешается. [2]

Хранение сжиженного газа на ГНС и КБСГ производится в резервуарах, различающихся как по геометрической форме, так и по расположению на поверхности земли. Емкости для хранения сжиженных газов - это резервуары цилиндрической и шарообразной формы, изготовляемые из листовой стали на сварке. Расположение резервуаров бывает подземное и надземное. [3]

Хранение сжиженных газов ( пропана, бутана и их смесей) осуществляется в газгольдерных ( резервуарных) парках, представляющих собой хранилища, через которые проходит значительное количество сжиженных газов, предназначенных для распределения в потребительской сети. Необходимый объем хранилищ определяют, исходя из годового объема потребления ( реализации) сжиженного газа. Запас хранения обычно принимают 10 - 15-суточным. [4]

Хранение сжиженных газов в стационарных наземных сталь-яых резервуарах под давлением связано с повышенной пожаро-з взрывоопасностыо. [5]

Хранение сжиженных газов в изотермических резервуарах при нормальном давлении дает возможность уменьшить расстояние между хранилищами и зданиями и тем самым уменьшить вероятность утечек. [7]

Хранение сжиженных газов в отвержденном виде представляет большой практический интерес. Сжиженный газ в отвержденном виде представляет собой твердые цилиндрической формы брикеты, содержащие около 95 % сжиженного газа и 5 % вещества, образующего структуру брикета. Брикеты изготавливают из высококонцентрированной эмульсии, состоящей из сжиженного газа и полимера. [8]

Хранение сжиженных газов в стационарных наземных стальных резервуарах под давлением связано с повышенной пожаро-и взрывоопасностью. [9]

Хранение сжиженных газов в подземных емкостях происходит при постоянной температуре под давлением столба рассола в рассольной колонне, благодаря чему достигается стабильность качества хранимого продукта и безопасность хранения. [12]

Хранение сжиженных газов в низкотемпературных резервуарах получило широкое распространение как более экономичное по сравнению с хранением в резервуарах высокого давления. Экономия достигается за счет резкого уменьшения объема газа, сжиженного при низкой температуре. При этом объем хранимого в жидком виде газа уменьшается для пропана, например в 316 раз, для метана - в 630 раз, для азота - в 690 раз, для кислорода - в 850 раз. Экономия достигается также за счет снижения стоимости фундаментов, трубопроводной обвязки и резервуарной арматуры. [13]

Хранение сжиженных газов на станции в подземных резервуарах с общим объемом резервуаров до 50 м3 или в наземных резервуарах с общим объемом резервуаров до 20 м3 должно осуществляться в соответствии с требованиями подраздела 8.2 настоящей главы Правил. [14]

Хранение сжиженного газа возможно и в замороженном грунте при давлении до 250 мм вод. ст. Хранилище представляет собой котлован, вырытый в земле и покрытый герметичной изолированной изнутри алюминиевой крышей. Температура жидкой фазы в хранилище составляет для пропана около - 42 С. Перед отрывкой котлована грунт вокруг него замораживается при помощи нагнетаемого в землю сжиженного пропана через специальную круговую систему труб. После того как граница замороженного грунта достигнет диаметра будущего хранилища, начинается рытье котлована. Подачу сжиженного газа прекращают после замораживания грунта по всей глубине будущего котлована. [15]

В данный временной момент, сжиженный бытовой газ используется в местах, куда не подведены магистральные газопроводы. Как показала жизнь, СУГ является достойной альтернативой природному аналогу по многим физическим и химическим характеристикам. Что это именно так, свидетельствуют многочисленные очевидные факты, Просится в пример именно доставка газа в москве, которая производится большому количеству физических и юридических лиц, Хотя столицу снабжают голубым пламенем мощные, по пропускной способности, газопроводы.

Коротко о природе СУГ

Ключевой особенностью сниженного бытового газа является его состав, содержащий три основанных компонента в образованной горючей смеси:

В теле СУГ каждый из них присутствует в процентном соотношении. Созданная газовая смесь при определенной температуре и давлении способна трансформироваться в жидкую агрегатную консистенцию. Это дает возможность транспортировать сжиженные углеводородные газы малыми и большими объёмами в технологических сосудах на дальние расстояния. Например, таким агрегатным продуктом совершается заправка сжиженным газом газгольдера физического или юридического лица. Изменение условий (недостаточное давление) жидкость превращается в газопаровое состояние. Практически снова трансформируется в изначальную молекулярную структуру.

Как СУГ хранят

Чтобы добиться продуктивного равновесия, заполняют накопительные сосуды сжиженным газом на 85%. При таком положении достигается равновесие в остальных 15% резервуара, благодаря упругости насыщенных испарений. Но как только повышается температура, происходит повышенное испарение жидкой консистенции.

Где хранятся сжиженные газы

Перед забором продукта газовозами для того, чтобы произошла доставка газа газгольдер клиента, бытовой газ можно сохранять в наземных и подземных герметических сосудах. Они могут быть одно стенными или двух стенными. Горизонтального или вертикального установления или в шарообразных сферах.

В одно стенных сосудов отсутствует изнаночный ограждающий металлический контур. У двух стенного типа он присутствует и служит дополнительным барьеров при случайной разгерметизации внутренней ограждающей стеночной конструкции. Пространство-зазор межу стенками заполняют инертными газовыми наполнителями тосолом или этиленгликолем. Контроль над двухконтурными сосудами одушевляется надёжной запорной предохранительной арматурой, измерительными

приборами, которые стопроцентно обеспечивают надёжную эксплуатацию газовых технологических накопителей.

Что лучше, наземное или поземное расположение сосудов

Как показала практика, лучше устанавливать подземные газонакопительные сосуды, поскольку они экономят полезную площадь земельных участков и являются абсолютно безопасными в эксплуатации. Даже если произойдёт несанкционированная протечка продукта, то его пары уйдут в грунт, а не в атмосферный воздух. С другой стороны нет никакой разницы в стоимости СУГ при заправке накопительных баков сжиженным бытовым газом. Ведь, когда происходит заправка газом газгольдера цена остается одинаковой для всех его типов..

Сжиженный природный газ (СПГ, англ. Liquefied Natural Gas, LNG) – природный газ, искусственно переведенный в жидкое состояние для удобства хранения и транспортировки.

Преобразование СПГ обратно в газообразную фазу для потребительских нужд осуществляется на специальных регазификационных терминалах.

Использование природного газа в сжиженной форме позволяет оптимизировать хранение и предоставляет широкие возможности его транспортировки в труднодоступные районы, находящиеся вдали от основных артерий магистральных газопроводов. Многие страны, среди которых США, Франция, Бельгия, Южная Корея и другие, рассматривают сжиженный природный газ как перспективную технологию расширения импорта полезных ископаемых.

На 2018 год 42 государства импортируют СПГ. Основным импортером сжиженного природного газа является Япония – около 100% всего ввозимого в страну газа поставляется в сжиженном виде. На втором месте с небольшим отставанием расположился Китай. В Европе основные объемы закупают Испания, Турция, Франция, Италия, Бельгия.

СПГ – перспективный и развивающийся рынок. По данным специального отчета аналитиков Royal Dutch Shell (2018 год) на СПГ приходится около 40% мирового экспорта газа. В 2018 году экспортом природного газа в сжиженном состоянии занимаются 18 стран, в том числе и Россия. По оценкам Международного Энергетического Агентства к 2040 году поставки природного газа в сжижженой форме превзойдут объемы поставки газа традиционным трубопроводным транспортом.

Рукводствуясь такими многообещающими прогнозами, многие страны инвестируют в проекты по производству сжиженного природного газа и развивают соответствующую инфраструктуру. Лидером по производству СПГ является Катар - 77 млн тонн за 2018 год. Кроме него в тройку лидеров входят Австралия и Малайзия.

Метод производства СПГ

Сжиженный природный газ производят путем проведения нескольких последовательных операций сжатия-охлаждения на специальных ожижительных установках (заводах). На каждой стадии газ сжимают в 5-12 раз, охлаждают до определенной температуры и направляют на следующую аналогичную ступень. Чистый метан переходит в жидкость при температуре -162,5 С. В случае природного газа, в зависимости от количества в составе других газов, эта температура может варьироваться, но обычно находится в пределах -158. -163 С.

При сжижении газ уменьшается в объеме до 600 раз. Сжижение газа - довольно энергозатратный процесс. На его проведение может расходоваться до 10% энергии, содержащейся в конечном продукте – СПГ.

Химический состав сжиженного природного газа

В отличие от природного газа, СПГ не содержит нежелательных примесей и воды, так как производится из уже подготовленного сырья.

Основной компонент сжиженного природного газа – это метан (85 – 95%). Остальные 5 -15% составляют другие низшие алканы (этан, пропан, бутан), а в некоторых случаях также неорганические газы (преимущественно, азот).

Физические свойства СПГ

Сжиженный природный газ представляет собой бесцветную, прозрачную криогенную жидкость, не имеющую запаха. На открытом пространстве при нормальном давлении и температуре субстанция довольно быстро переходит в газообразное состояние.

Плотность 0,41. 0.50 кг/л
Вязкость 1*104. 2*104 Па*с
Температура кипения -158. -163 С

Хранение СПГ

Для хранения природного газа в сжиженном состоянии используются специальные резервуары, которые могут быть как надземного, так и подземного типа. Резервуары подземного типа имеют цилиндрическую форму и выпуклую крышу. Надземные могут быть как цилиндрической, так и шарообразной формы.

СПГ резервуары имеют двойные стенки, между которыми размещается система изоляции, содержащая криогенную жидкость. Емкости изготавливаются из металлов и сплавов с низким коэффициентом теплового расширения.

Вокруг резервуаров сооружаются насыпи и обвалования для сдерживания возможных утечек при хранении. В случае подземного резервуара предусматриваются специальные стенки-замки в грунте и непроницаемый пропласток.

Считается, что подземные резервуары для хранения сжиженного газа более безопасны. Особенно это касается сейсмоактивных районов. Однако затраты на сооружения подземных резервуаров выше, чем для аналогичных надземных емкостей. Поэтому большинство емкостей для хранения сжиженного природного газа делают надземного типа, строго соблюдая при этом регламент безопасности.

Транспортировка СПГ

Сжиженный попутный газ транспортируется в специальных изотермических емкостях, устанавливаемых на суда и наземный транспорт.

Для транспортировки по воде используются специальные газовозы рефрижераторного типа – СПГ-танкеры. Это суда, оборудованные несколькими независимыми криогенными резервуарами, разделенными жесткой тепловой пеноизоляцией, предназначенные для транспортировки сжиженного природного газа при атмосферном давлении и температуре -162,5 С.
Природный газ в сжиженном состоянии перевозится также и наземными видами транспорта – в специальных цистернах по железной дороге и на автомобилях.

В сжиженном состоянии газ доставляется в пункты регазификации. До конечного потребителя регазифицированный СПГ транспортируется по трубопроводу.

История

Первые попытки сжижения природного газа были предприняты в начале 20-го века и увенчались успехом в США в 1917 году. Однако примерно в это же время промышленники переключили внимание на транспортировку газообразных продуктов по трубопроводам, и развитие технологий сжижения было заморожено.

Следующая попытка производства СПГ была совершена в 1941 году также в США (Кливленд, штат Огайо), но промышленное производство сжиженного природного газа началось только с середины 1960-х годов. Первая трансконтинентальная транспортировка природного газа в сжиженном состоянии была осуществлена в 1959 году в рамках поставки продукта из США в Великобританию на модернизированном танкере времен Второй мировой войны.

Стремительное развитие рынка СПГ началось в 1990-х годах. А в период 2000 – 2018 гг. экспорт-импорт этого продукта вырос более чем в два раза.

Читайте также: