С помощью чего обеспечивается сверхнизкая температура при хранении спг

Технология хранения СПГ

Производимый на технологических линиях сжиженный природный газ поступает в специальные резервуары для хранения, после чего загружается на СПГ-танкер при помощи специального оборудования. СПГ транспортируется судами-газовозами (метановозами) при атмосферном давлении и при своей атмосферной точке кипения.

При больших объемах сжиженного природного газа используется изотермический способ хранения – это хранение сжиженного газа в резервуарах при той температуре, которая обеспечивает избыточное давление насыщенных паров, близкое к атмосферному.

Система хранения сжиженного природного газа включает в себя следующие элементы:

В общем случае отгрузочный терминал СПГ включает в себя следующие объекты: резервуарный парк хранения СПГ, систему трубопроводов и специализированные причалы с установленным оборудованием для отгрузки сжиженного природного газа.

Сжиженный природный газ хранится в переохлажденном виде под давлением, немного большим атмосферного (для резервуаров емкостью более 500 м 3 ). Для меньших емкостей хранения предпочтение отдается резервуарам под давлением (51,0 МПа) сигарообразной или сферической формы, технология которых схожа с технологией сооружения резервуаров СНГ (сжиженного нефтяного газа, фракции С₃ + С₄). Форма резервуаров СПГ цилиндрическая со сферическими днищами.

Основные эксплуатационные характеристики резервуаров для хранения сжиженного газа:

Помимо общих технических критериев, которым они должны удовлетворять, можно отметить главное:

При строительстве терминалов сжиженного природного газа с большими объемами хранения (50–160 тыс. м 3 ) применяется сталь, в составе которой содержится 9% никеля. Это обусловлено высокой прочностью и устойчивостью такого материала к охрупчиванию при сверхнизких температурах, при которых хранится СПГ.

Источник

Сжиженный природный газ (СПГ). Технология сжижения, хранение, транспортировка

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.

В России на конец 2018 года функционируют два СПГ проекта: «Сахалин-2» и «Ямал СПГ», на очереди еще как минимум 5 крупных проектов.

Метод производства 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.

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.

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.

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.

В России первый завод по производству СПГ был заложен в 2006 году в рамках проекта «Сахалин-2». Ввод завода в эксплуатацию состоялся зимой 2009 года.

Источник

Перспективы хранения сжиженного природного газа в условиях Севера

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 26.12.2016 2016-12-26

Статья просмотрена: 899 раз

Библиографическое описание:

Нутчина, М. А. Перспективы хранения сжиженного природного газа в условиях Севера / М. А. Нутчина. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 29 (133). — С. 123-127. — URL: https://moluch.ru/archive/133/37297/ (дата обращения: 24.12.2021).

Природный газ является одним из важнейших источников энергии, так как запасы его огромны, и он является экологически чистым топливом по сравнению с нефтепродуктами. Кроме того, выбор его как топлива помогает решать две проблемы окружающей среды: загрязнение атмосферы и парниковый эффект. Также актуальным на сегодняшний момент является использование сжиженных газов в качестве топлива для удаленных от магистральных трубопроводов уголков страны. Так как большинство крупнейших месторождений природного газа в России находятся в удаленных районах, неблагоприятных для строительства транспортных газопроводов, наиболее целесообразным здесь представляется транспортировка газа в жидком состоянии.

Сжиженный природный газ (СПГ) — это природный газ, охлажденный до температуры сжижения. СПГ представляет собой бесцветную жидкость без запаха, которая не токсична и не вызывает коррозии. В жидком состоянии газ занимает гораздо меньший объем. Одинаковое количество СПГ и газообразного природного газа отличаются по объему в 600 раз [1, с. 790].

Первые попытки сжижать природный газ в промышленных целях относятся к началу XX века. В 1917 году в США был получен первый СПГ, но развитие трубопроводных систем доставки надолго отложило совершенствование этой технологии. В 1941 году была совершена следующая попытка произвести СПГ, но промышленных масштабов производство достигло только с середины 1960-х годов [2].

Обострение топливно-энергетического кризиса и разработка новых месторождений, расположенных на морских шельфах, привели к тому, что в России началась активно обсуждаться проблема промышленного производства СПГ. Это связано с техническими и экономическими преимуществами применения природного газа для коммунального газоснабжения населенных пунктов, отдаленных от газовых сетей, использования в качестве моторного топлива для различных видов транспорта, создания систем резервирования газа, а также с предполагаемой транспортировкой природного газа зарубежным потребителям морским транспортом. В России строительство первого завода СПГ началось в 2006 году в рамках проекта «Сахалин-2». В 2009 году построенный «Сахалин Энерджи» начал работу. В 2014 году завод произвел 10,8 миллиона тонн (эквивалент 14,9 миллиарда кубических метров природного газа) СПГ, который затем транспортировался в Японию, Корею, Китай, Тайвань и Таиланд судами покупателей и танкерами-газовозами [3]. В последние десятилетия мировая индустрия СПГ претерпевает бурный расцвет. Крупнейшим потребителем является Япония, на долю которой пришлось 80,9 млрд куб. м. Крупнейший производитель — Индонезия (31,6 млрд. куб.м.) [4, с. 213]. Перспективы торговли СПГ представлены на рис. 1.

Рис. 1. Мировая торговля природным газом [5, с. 234]

Перспективность использования СПГ в качестве моторного топлива для автотранспорта стала очевидной для большинства стран мира. Особенно интенсивно это направление в автомобильной технике развивается в США, где СПГ как моторное топливо использует более 25 % муниципального транспорта. Аналогичная ситуация и в Западной Европе. Так, во многих городах Германии планируется перевести на СПГ муниципальный транспорт. В Италии принята экологическая программа применения СПГ на автотранспорте. Расширяется применение СПГ и на водном транспорте. В Норвегии компания «Statoil» приступила к серийному производству судов на СПГ [1, с. 794–795].

Сжиженный природный газ при атмосферном давлении имеет температуру от минус 173 о С до минус 158 о С [6, с. 216]. Процессу сжижения предшествует ступень охлаждения с целью выделения примесей, а также тяжелых углеводородов. Если газ содержит высокий процент двуокиси углерода, сероводород, азот, необходимы дополнительные инвестиции в его предварительную обработку для снижения риска разрушения оборудования в процессе сжижения. Для сжижения природного газа могут быть использованы принципы как внутреннего охлаждения, когда газ сам выступает в роли рабочего тела, так и внешнего охлаждения, когда для охлаждения и конденсации газа используются вспомогательные криогенные газы с более низкой температурой кипения (например, кислород, азот, гелий). В последнем случае теплообмен между природным газом и вспомогательным криогенным газом происходит через теплообменную поверхность [1, с. 796].

Можно выделить ряд преимущественных факторов использования СПГ:

– возможность газификации объектов, удаленных от магистральных трубопроводов на большие расстояния, путем создания резерва СПГ непосредственно у потребителя, избегая строительства дорогостоящих трубопроводных систем;

– высокая плотность, что определяет компактность и экономичность систем хранения и транспортировки СПГ на большие расстояния;

– СПГ — не самовозгорающийся нетоксичный газ, что выгодно отличает его в плане безопасности;

– возможность межконтинентальных перевозок СПГ специальными танкерами-газовозами, а также перевозка железнодорожным и автомобильным видами транспорта в цистернах;

– снижение выбросов СО₂ и других парниковых газов (до 30 % по сравнению с бензином и дизельным топливом) при использовании СПГ в качестве моторного топлива;

– снижение коррозии и износа частей двигателя по сравнению с бензином. Это связано с тем, что газ не смывает масляную пленку со стенок цилиндра при холодном пуске.

Наряду с несомненными преимуществами, СПГ имеет и недостатки, связанные, в основном, с трудностями длительного хранения и необходимостью дорогостоящих криогенных резервуаров. Большое количество СПГ хранят в специальных емкостях, которые представляют собой сложные технологические сооружения. Так как температура СПГ всегда ниже температуры окружающей среды, то к нему осуществляется непрерывный подвод тепла. В результате этого происходит нагрев жидкости до температуры кипения с последующим испарением части СПГ. С учетом этой особенности главная задача при хранении СПГ сводится к максимальному сокращению потерь на испарение, т. е. снижению теплопритока из окружающей среды. Это может быть достигнуто как за счет выбора рациональной конструкции и формы резервуара, так и за счет применения наиболее эффективной теплоизоляции.

Различают активные и пассивные способы хранения. Активные способы хранения характеризуются отсутствием потерь СПГ. Это достигается за счет компенсации внешних теплопритоков, которая обеспечивается с помощью холодильных машин или переохлаждением природного газа. К пассивным относятся способы, которые обеспечивают снижение внешних притоков тепла за счет конструктивных особенностей и применения материалов с низкой теплопроводностью. При использовании пассивных способов длительное хранение СПГ приводит к выкипанию его значительной части и потери кондиции вследствие накопления примесей. Ввиду этого актуальность проблемы длительного хранения и возможные пути снижения потерь СПГ при его широком использовании в хозяйстве РФ будет постоянно возрастать [1, с. 810–813].

Известно устройство подземного хранилища СПГ, состоящего из железобетонного резервуара, который по наружной боковой поверхности окружен податливой прослойкой и изнутри покрыт слоями теплоизоляции и гидроизоляции. Хранилище расположено ниже уровня земли на отметке, предотвращающей промерзание поверхности земли при самом длительном расчетном хранении газа [7].

Однако в арктической зоне, с учетом вечной мерзлоты, отпадает необходимость глубокого заложения хранилища. Криогенное хранилище сжиженного природного газа выполняют в виде заглубленного сооружения и располагают в вечномерзлом грунте ниже уровня поверхности земли. Подача сжиженного природного газа осуществляется с помощью погружного криогенного насоса, помещенного внутри заглубленного хранилища СПГ [8].

Около 5 млн. км 2 территории России — это районы с многолетней (вечной) мерзлотой (Рис. 2). Максимальной мощности вечная мерзлота достигает на севере Ямала, Гыдана, Таймыра. В некоторых районах Якутии ее величина превышает 1000–1500 м [9].

Рис. 2. Распространение многолетнемерзлых пород на территории России

Средняя температура вечной мерзлоты составляет –4…– 5 о С. Вследствие этого достигается снижение теплопритоков к криогенному хранилищу и увеличение срока бездренажного хранения. Соответственно, сокращаются энергетические затраты на поддержание криогенных температур в хранилищах СПГ. Данный способ хранения сжиженного природного газа выгоден также ввиду создания резерва непосредственно у потребителя.

Малотоннажные установки производства СПГ позволят на локальном социальном и промышленном уровне обеспечивать энергоресурсами удаленные малые города и поселки путем преобразования энергии СПГ в электрическую с помощью дизель-генераторов или малых ТЭЦ. По исследованиям Института систем энергетики им. Л. А. Мелентьева СО РАН, при реализации проекта производства СПГ на месторождении природного газа стоимость СПГ составит 2632 тыс. руб. за тонну. При замещении привозного дизельного топлива на тяжелом автотранспорте сжиженным природным газом экономия затрат на топливо составит 3138 %, так как цена дизельного топлива достигает 4041 тыс. руб. за тонну (без НДС) [11].

С учетом истощения запасов нефти, повышения экологических требований, газификация автомобильного транспорта, особенно тяжелых грузовиков и автобусов будет возрастать. Но широкому коммерческому использованию СПГ препятствует высокая стоимость производства и необходимость хранения в дорогостоящих криогенных резервуарах. Создание хранилищ, расположенных в вечномерзлом грунте, позволит уменьшить теплопритоки к резервуару, а также устранит проблемы поставки сжиженного природного газа в труднодоступные северные районы страны.

В целом внедрение СПГ на транспорте позволит России участвовать в формировании мирового рынка новых экологически чистых энергоносителей и технологий XXI в. и поможет в решении все более обостряющихся экологических проблем крупных городов страны.

Источник

Резервуары для хранения сжиженного газа

Вертикальные цилиндрические изотермические резервуары классифицируют по следующим признакам:

Многие фирмы, применявшие одностенные резервуары, в настоящее время предпочитают сооружать двустенные конструкции. Это объясняется тем, что относительно высокая первоначальная стоимость двустенных резервуаров окупается значительной экономией эксплуатационных расходов.

Подземные и надземные резервуары для хранения СПГ

Оба вида резервуаров имеют высокий уровень фактической безопасности. Подземные резервуары хранения СПГ, безусловно, имеют некоторые преимущества с точки зрения охраны окружающей среды. Такие резервуары хранения признаны соответствующими европейскому стандарту EN 1473, и считаются наиболее безопасным способом хранения СПГ. При землетрясениях подземные резервуары хранения меньше страдают от смещения почвы, чем надземные сооружения, из-за чего в сейсмоопасных зонах подземные резервуары более безопасны.

Схематическое изображение конструкции типового подземного резервуара хранения СПГ

Тем не менее, затраты на строительство подземных резервуаров при определенных геологических условиях могут быть довольно высоки. По этой причине, а также на основании оценки риска применительно к месту расположения тех или иных резервуарных парков СПГ, большинство резервуаров выполняются надземными. При условии, что при строительстве таких резервуаров используются надлежащие материалы и предусматриваются сооружения для локализации разливов СПГ, например, дамбы обвалования, они вполне могут эффективно и безопасно эксплуатироваться без серьезных последствий для безопасности и экологии, даже в случае попыток совершения террористических актов.

Схематическое изображение конструкции типового надземного резервуара хранения СПГ

Резервуары для хранения сжиженного природного газа выполняются с двойными стенками: внешняя стенка предназначена для задержки паров СПГ, а вокруг внутренней стенки имеется система изоляции, содержащая криогенную жидкость. Резервуары выполняются из металлов или сплавов с низким коэффициентом теплового расширения, которые не охрупчиваются при соприкосновении с криогенными текучими средами (то есть, из алюминия или стали с девятипроцентным содержанием никеля). Вокруг современных резервуаров устраиваются насыпи, бермы, дамбы или обвалования, рассчитанные на прием утечек любого объема, а именно до 110% от объема соответствующего резервуара.

Конструкции резервуаров для хранения СПГ

Конструкция широко применяемого в мире железобетонного резервуара с замкнутой наружной оболочкой:

Резервуары для хранения СПГ могут отличаться по конструкциям применяемых крыш. В зарубежной практике наибольшее распространение получили конструкции крыш, собираемые и свариваемые из отдельных элементов на днище резервуара с последующим пневмоподъемом в проектное положение. В конструкции с самонесущей внутренней крышей избыточное давление газа воспринимается внутренним резервуаром. В межстенное пространство подается инертный газ, например азот, который сушит теплоизоляцию в процессе эксплуатации. Для хранения азота используют специальный газгольдер.

В мировой практике также широко распространена конструкция подвесной плоской крыши. Принципиальное отличие такой конструкции от конструкции с самонесущей внутренней крышей заключается в том, что пары продукта свободно проникают в межстенное пространство через зазор между крышей и стенкой или через специальные отверстия в подвесной крыше.

Разновидностью наземных изотермических резервуаров являются металлические вертикальные цилиндрические резервуары, заглубленные в грунт, обычно на высоту корпуса (это делается по соображениям безопасности, для того, чтобы максимальный уровень взлива продукта не превышал уровня поверхности земли).

Схема конструкции заглубленного изотермического резервуара:

Различают два типа конструкции заглубленных изотермических резервуаров: с подвесной платформой и с крышей, имеющей внутреннюю изоляцию. Заглубленные резервуары принципиально не отличаются от наземных резервуаров открытой установки, но из-за необходимости проведения сложных и трудоемких земляных работ, устройства специальных фундаментов с дренажем и гидроизоляцией более дороги, хотя вместе с тем более надежны, особенно в районах с повышенной сейсмичностью. Заглубленные резервуары не нуждаются в обваловании, и обязательное пространство между резервуарами и объектами, чтобы обезопасить объекты, относительно небольшое, что позволяет сохранить место.

Заглубленный резервуар с подвесной платформой:

Заглубленный резервуар с крышей, имеющей внутреннюю изоляцию:

С точки зрения безопасности резервуары СПГ с двойной стенкой, внутренний резервуар которых изготовлен из стали с содержанием никеля 9%, а внешний из предварительно напряженного бетона, имеющий обкладку от утечек на внутренней поверхности, бетонную крышу и днище, с системой защиты углов и днища – это эффективное, а также долговечное экономическое решение.

Внутренний резервуар выполнен из стали с 9%-ным содержанием никеля, отличающейся высокой упругостью, необходимой для хранения криогенных жидкостей. Внешний резервуар представляет собой бетонное сооружение, состоящее из железобетонной фундаментной плиты, стенки из преднапряженного бетона и железобетонной крыши. Бетонный резервуар дополнительно облицован изнутри углеродистой сталью, для того чтобы была возможность сбора жидкости в случае протечки. Нижняя часть облицовки может быть выполнена из стали с 9%-ным содержанием никеля (из соображений безопасности). Теплоизоляционный слой между внутренней и внешней стенкой предотвращает температурную компенсацию.

Конструкция резервуаров обеспечивает поддержание СПГ в холодном состоянии. Расчетная температура хранения составляет –165°С.

Резервуары хранения СПГ – Проект Сахалин-2

Конструкция резервуаров для хранения сжиженного природного газа напоминает матрешку: каждый состоит из трех вложенных друг в друга отдельных емкостей.

Внешний резервуар — бетонный, толщина стен — около одного метра у основания, кверху она постепенно уменьшается до полуметра. Второй резервуар играет роль пароизоляционного барьера. Он сделан из углеродистой стали и примыкает к внешнему резервуару. Внутренняя емкость построена из специальной 9-процентной никелевой стали, рассчитанной на криогенные температуры (до минус 165°C по проекту). Основное назначение пароизоляционного барьера — препятствовать попаданию кислорода или влаги в резервуар СПГ, а также не допустить попадание испаряющегося газа из резервуара СПГ в атмосферу. Между внутренней емкостью и пароизоляционным барьером существует пространство шириной в один метр, которое заполнено изоляционным материалом.

Крыши резервуаров СПГ двухслойные — сверху они покрыты слоем бетона толщиной 0,4 метра, а снизу находится тот же пароизоляционный барьер. Вес каждой крыши — 600 тонн.

Источник