Файл: Гофман-Захаров П.М. Проектирование и сооружение подземных резервуаров - нефтегазохранилищ.pdf

природного газа. Аналогичные исследования проводились во Франции.

Интересна конструкция изотермического хранилища траншей­ ного типа, построенного в США для сжиженного метана. Протя­ женность траншеи равна 120 м, глубина — 5 м, средняя ши­ рина — 15 м. Емкость хранилища выполнена из льда, арматурой которого служат технологические трубопроводы. Дл я увеличения прочности ледяной кровли воду перед замораживанием можно перемешивать с древесными опилками.

Компания «Филипс Петролеум» предложила хранить охлаж­ даемые углеводородные жидкости в грунтовых котлованах либо в осушенных прудах. Кровлей таких хранилищ может служить ледяная оболочка, создаваемая на арматуре из труб, по которым циркулирует хладоагент. Конструктивная схема ледогрунтового изотермического хранилища описанного типа приведена на рис. 11.

Предполагается строить такие хранилища в непроницаемых горных породах (глины, суглинки, сланцы и пр.) либо в фильт­ рующих грунтах со специальной изоляцией стенок пластмассами, каучуком, бетоном.

Рис. 11. Схема ледогрунтового изотермического хранили­ ща сжиженных газов траншейного типа:

/ — траншея; 2 —опоры; 3 — лед; 4 — хранимый продукт; 5— ле­ довая крышка; 6 — холодильная установка; 7 — сливо-наливной трубопровод; 8 — трубопровод для подачи дросселированной жидкости; 9 — изоляция; 10 — змеевик охлаждения крышки; //— трубопровод для отсоса паров на холодильную установку; 12 — паровое пространство; 13 — датчики температуры; 14 — бетон.

В районе острова Чарльз (США) было сооружено опытное / подземное хранилище сжиженного метана емкостью 135 м3. Вы­ сота и диаметр цилиндрической емкости, вырытой в глинистопесчаных, иловатых и водонасыщенных грунтах, составля­ ет 6,1 м.

Уровень грунтовых вод в месте строительства хранилища был на 0,6 м ниже поверхности.

Чтобы избежать крепления стен хранилища при 'земляных ра­ ботах и уменьшить потери сжиженных газов во время заполне­ ния емкости, предусматривалось предварительное заморажива­ ние кольцевой зоны, диаметр которой несколько больше диаметра хранилища. Для замораживания холодильный агент циркулиро­ вал по кольцевой системе труб, оконтуривающих хранилище. В качестве холодильного агента применялся технический пропан. После завершения процесса замораживания обычными методами в грунте была создана цилиндрическая выработка. В верхней части ее установлена круглая алюминиевая крыша, герметично сопрягаемая с замороженным грунтом. Сливо-наливная и предо­ хранительная арматура, а также штуцеры для контрольно-изме­ рительных приборов установлены на крыше хранилища.

Непрерывным контролем за возможной утечкой жидкости и

чиной теплопритока из грунта, никаких других утечек не наблю­ далось. Величина потерь от испарения с течением времени умень­ шалась и довольно быстро достигала 4,5% в сутки от полного объема хранилища, что находится в пределах потерь для храни­ лищ сжиженного метана такой же емкости.

Естественно, что для резервуаров значительных размеров, имеющих большее соотношение объема и поверхности испарения, эта величина окажется значительно меньшей. Для менее летучих жидкостей (пропана) величина потерь от испарения будет ниже.

В зависимости от местных условий паровая фаза может быть снова направлена в холодильный цикл (изотермический процесс) либо использована в качестве топлива.

Упругость паров жидкости в подземном хранилище составляет 250 мм вод. ст. Вспучивание грунта, наблюдавшееся в начальном этапе замораживания, приводит к местному поднятию поверх­ ности на 15 см. О характере вспучивания грунтов можно судить по графику, приведенному на рис. 12.

Вместо погружных насосов для перекачки сжиженных газов в данном хранилище успешно применен принцип газлифта. Бла­ годаря созданию вакуума в приемном резервуаре жидкий газ поступает из хранилища по сливному трубопроводу. В приемном резервуаре вследствие снижения давления газ отделяется от жидкости. Необходимый вакуум для подъема жидкости обеспе­ чивается за счет работы компрессора. Для уменьшения потерь сжатый газ может быть охлажден жидкостью, поступающей из нагнетательной линии насоса. Сконденсированный при этом газ снова направляется в систему.

В штате Нью-Йорк (США) построено крупнейшее ледогрунтовое хранилище сжиженного природного газа емкостью 46,7 тыс. м3 (рис. 13). Хранилище представляет собой цилиндриче­ ский резервуар глубиной 50,3 м и диаметром 35 м, который окру­ жен бетонной стенкой высотой около 4 м над дневной поверх-

Рис. 12. График вспучивания грунта при сооружении ледогрунтового низ­ котемпературного хранилища сжи­ женных газов.

ностью. Стенка заглублена на 0,9 м. Резервуар покрыт изолиро­ ванной крышей из никелевой стали и сооружен в замороженном водоносном грунте до подстилающей скальной породы. Храни­ лище рассчитано на подачу газа потребителю в период зимних пиковых нагрузок.

деляется от инертных и других компонентов, которые могут пере­ йти в твердое состояние при температуре сжижения метана. Газ сжижается с помощью пропан-этилен-метанового каскадного цикла и поступает в хранилище.

В резервуаре поддерживают температуру минус 162° С и избы­ точное давление 283 мм вод. ст., в результате чего исключается попадание воздуха й образование взрывоопасной смеси. Уровень хранимого продукта поддерживается не выше чем на 0,6 м до дневной поверхности грунта, чтобы избежать просачивания.

Несмотря на относительную безопасность хранения, проектом предусмотрены необходимые противопожарные меры, к которым' относится установка емких башен с запасами сухих химикалий

(бикарбонат натрия), пожарных гидрантов и спринклерных си­ стем.

Три башенных установки с сухим бикарбонатом натрия соору­

давлением сжатого инертного газа. Остальные установки стан­ ции оборудованы спринклерными противопожарными системами.

Ледогрунтовой резервуар сооружают следующим образом. Пробуренные скважины обсаживают колоннами диаметром 8", в которые опускают морозильные трубы диаметром 6" с заглу­ шёнными концами. В них вставляют трубы диаметром 2" с от­ крытыми концами.

После установки морозильных труб сооружают бетонное осно­ вание под стенку из предварительно напряженного железобетона, поскольку сооружение находится на слабонесущем водонасыщенном грунте.

В процессе замораживания хладоагент циркулирует по трубам диаметром 6" и отводится через трубы диаметром 2". В течение двух месяцев толщина ледогрунтовой оболочки увеличивается до 3 м, после чего производят земляные работы, продолжающиеся около двух месяцев. Затем устанавливают стенку, на которую монтируют крышу резервуара. Сооружение резервуара заканчи­ вают устройством изоляции вокруг верхней части резервуара и песчаной подсыпки.

Заполняют резервуар сжиженным газом через распылительные сопла сверху и одновременно струей у дна емкости.

По расчетам через год эксплуатации толщина замороженного слоя вокруг резервуара достигает 9 м. Максимальная толщина ледогрунтовой оболочки равна 12,2 м.

В США в районе Филадельфии построено второе ледогрунтовое хранилище емкостью 190 тыс. м3 сжиженного метана. Храни­ лище состоит из четырех резервуаров емкостью по 47,5 тыс. м3 каждый, которые сооружены в отложениях береговой зоны реки Делавэр. Конструкция резервуаров хранилища аналогична кон­ струкции резервуаров хранилища в районе Нью-Йорка.

В 1963 г. в районе Солт-Лейк-Сити (штат Юта) было построено первое в США ледогрунтовое хранилище для пропана. Оно рас­ положено в резервуарном парке нефтеперерабатывающего за­ вода в Вудс Крос. В резервуаре емкостью 21,5 тыс. м3 хранится пропан при температуре минус 45° С.

Хранилище представляет собой вертикальный цилиндрический резервуар, выработанный в земле и окруженный оболочкой замо­ роженного грунта без дополнительной облицовки.

Перед выемкой грунта по кругу диаметром около 40 м были пробурены вертикальные скважины, в которые были опущены трубы длиной по 45,7 м. В результате бурного испарения про-

вуара и равно 18—30 при диаметре 6 м и 80—120 — при диаметре 30 м. Эти трубы должны быть заглублены на 2 м ниже дна хра­ нилища так, чтобы они доходили до водонепроницаемых пластов.

После достаточного промораживания внешнего кольца грунта отрывают резервуар 11. Желательно, чтобы внутренние стенки резервуара имели покрытия для предотвращения загрязнения продукта, хранящегося в резервуаре.

Вокруг котлована вырывают кольцевую щель 8, которая не

углеродистой стали, алюминия или дерева обеспечивается уси­ лительными двутавровыми балками. С внутренней стороны на крыше укреплена теплоизоляционная прокладка 10 из полиуре­ тана или пенистого полистирола. Крыша покоится на опоре 6.

Для надежного уплотнения резервуара и предотвращения про­ никновения в него окружающего воздуха используется непрерыв­ ная кольцевая мембрана 7 из алюминия или нержавеющей стали, которую снизу приваривают к крыше и своим краем погружают в щель 8. Над уровнем грунта мембрана имеет гофрированный участок, повышающий ее эластичность. Щель 8 заполняется жидкостью, которая при температуре окружающего воздуха на­ ходится в твердом состоянии.

По наружному краю крыши крепят вторую мембрану 4 из ре­ зины или брезента. Край ее опускают в щель 3 и дополнительно уплотняют изоляцией. Кольцевое пространство между мембра­ нами 4 и 7, крышей 9 и грунтом непрерывно обдувают инертным газом (азотом или двуокисью углерода).

Высокая перспективность низкотемпературного изотермиче­ ского метода хранения сжиженных газов в заглубленных резер­ вуарах, создаваемых в ледоперодном массиве, выдвигает перед наукой ряд серьезных задач экспериментально-теоретического характера, связанных с нестационарным теплообменом.

На о. Канви (на реке Темзе, недалеко от Лондона) построено крупное хранилище сжиженного метана, доставляемого из Арзева (Алжир) танкерами-метановозами. Там имеется два на­ земных резервуара емкостью до 100 т, шесть наземных резервуа­ ров по 400 т, три подземных хранилища в замороженном грунте емкостью по 21 тыс. т (четвертое такое же хранилище в настоя­ щее время строится).

Диаметр и глубина подземных резервуаров — 39,6 м. Сверху резервуары закрыты сферической алюминиевой крышей (рис. 15).