Сколько существует основных способов хранения сжиженного природного газа

Хранение газа

Хранение газа играет важную роль для обеспечения бесперебойных поставок газа потребителям независимо от сезонных колебаний пиковых нагрузок.

Миллионы людей, включая газовую горелку на своей плите, даже не задумываются о всех тех проблемах, которые связаны с добычей, хранением и транспортированием «голубого топлива» от газового месторождения до их кухни.

Природный газ по магистральным газопроводам транспортируется от месторождения к потребителю. Для нормальной работы всей системы в ней должно поддерживаться определенное давление, которое регулируется с одной стороны величиной закачки газа в газопровод, а с другой стороны – количеством потребителей, которые этот самый газ «выкачивают» из газопровода.

Ни для кого не секрет, что в холодное время года потребление газа возрастает многократно. Чтобы снизить высокие пиковые нагрузки в зимний период и обеспечить надежную и бесперебойную подачу газа потребителю, газовики используют хранилища газа (газохранилища), в которых содержится некий резервный запас газа, который был туда закачан в теплое время года, когда потребность в газе была невелика.

Такие хранилища горючих газов располагаются под землей, и носят название ПХГ – подземных хранилищ газа. Подземное хранение газа осуществляется уже выработанных нефтяных и газовых месторождениях, водоносных пластах или соляных кавернах.

Способы хранения газов

Подземные хранилища газа в истощенных месторождениях

ПХГ в истощенных месторождениях являются наилучшим местом для хранения газа. Согласитесь, что хранить газ там, где он хранился природой на протяжении многих тысячелетий, очень удобно. Этот природный резервуар уже полностью разведан. Геологи изучили его геометрические размеры, форму площади газоносности, степень герметичности покрышки. На таком объекте уже имеются готовые скважины и оборудование, при помощи которого месторождение эксплуатировалось. Теперь это оборудование и скважины можно использовать, как для закачки газа обратно, так и последующего его извлечения из ПХГ.

Впервые истощенное месторождение было использовано под ПХГ в 1915 году. Канадцы на месторождении Уэлленд-Каунти провели опытную закачку газа, реализовав на практике теоретические задумки. Годом позже в США на месторождении Зоар было организовано первое в мире промышленное ПХГ, объем которого составил всего 62 млн. кубометров.

Первое подземное ПХГ в истощенном месторождении в СССР было создано в 1958 году в Самарской области.

В 1979 году в Ставропольском крае было начато строительство самого крупного в мире ПХГ в истощенном месторождении.

Подземные хранилища газа в водоносных структурах

ПХГ в водоносных структурах, конечно, не обладают таким удобством, как ПХГ в выработанных месторождениях, но тоже могут быть использованы для хранения газа. Основное требование, которым должен обладать пористый водоносный горизонт, чтобы в нем можно было организовать ПХГ – это непроницаемая покрышка, которая бы надежно удерживала газ под землей. Газ закачивается в пористый водоносный горизонт, вытесняя оттуда воду.

Первое в мире ПХГ в водоносном пласте создали американцы в 1946 году. В СССР такое месторождение появилось в 1955 году (Калужское ПХГ объемом 480 млн. кубометров газа). В 1977 году в СССР было построено самое крупное ПХГ в водоносном пласте объемом 4,5 млрд. кубометров газа (Касимовское ПХГ в Рязанской области).

Подземные хранилища газа в соляных кавернах

ПХГ в соляных кавернах обладают рядом преимуществ перед остальными ПХГ. Во-первых, такая соляная каверна априори имеет очень надежную покрышку, поскольку соляной купол обеспечивает абсолютную герметичность резервуара, поскольку непроницаем для газа. Во-вторых, такие ПХГ обеспечивают самую высокую суточную подачу газа. В-третьих, в таких ПХГ можно хранить как природный газ, так и жидкие углеводороды.

Однако, ПХГ в соляных кавернах строить достаточно долго и затратно. Если ПХГ на месте истощенного месторождения уже имеет готовый резервуар, в который можно закачивать газ, то в случае с соляной каверной все надо делать «ручками». Технология проста, но сам процесс формирования каверны занимает длительное время. В разведанный соляной пласт бурятся две скважины. По одной скважине в соляной пласт под давлением подается пресная вода, которая растворяет соль, а затем выкачивается на поверхность через другую скважину. Этот процесс идет до тех пор, пока не будет сформирована каверна подходящего размера. А, чтобы получилась каверна, пригодная для промышленного хранения природного газа, соляное месторождение должно быть достаточно мощным. Таких месторождений относительно немного.

Поскольку ПХГ в соляных кавернах обеспечивают самую высокую суточную подачу газа, о чем было сказано выше, такие подземные газохранилища используются для покрытия пиковых нагрузок. Производительность отбора газа из ПХГ в соляных кавернах на порядок выше, чем у остальных ПХГ, при этом количество циклов может достигать до 20 в год.

В настоящее время в мире существует всего около 70 подомных газохранилищ с общей активной ёмкостью около 30 млрд. кубометров газа.

Больше всего соляных ПХГ в США, в 31 газохранилище может находиться 8 млрд. кубометров газа. В России идет строительство 3 новых соляных ПХГ.

Подземные хранилища газа в твёрдых горных породах

Во многих странах нет соответствующих геологических условий, чтобы организовать ПХГ на базе истощенных месторождений, в водоносных пластах, соляных кавернах. Чтобы решить проблему, ученые разработали новые технологии создания ПХГ в угольных шахтах или каменных пещерах. Наибольшим опытом в этом направлении обладают Норвегия, США, Швеция, Чехия.

На данный момент «Газпром» на территории РФ эксплуатирует 23 ПХГ, расположенные в 27 геологических структурах. Все ПХГ расположены в основных районах потребления газа, обеспечивая в отопительный сезон 20-40% всех поставок газа.

Объем оперативного резерва газа, который был закачан в ПХГ накануне зимы 2018/19, составил 72,2 млрд. кубометров.

Хранение сжиженного газа

Сжиженный природный газ в последнее время завоевывает все новые и новые рынки, являясь перспективным энергоносителем, и реальной альтернативой классическому природному газу в газоснабжении удаленных районов.

Хранение сжиженного природного газа является важным процессом, в котором требуется обеспечение промышленной безопасности.

Сжиженный природный газ (СПГ) получается из традиционного природного газа при охлаждении до -160°С. СПГ хранится при криогенных температурах. Резервуары, в которых хранится СПГ, напоминают сосуд Дьюара. Разгерметизация такого хранилища может привести к возникновению пожаров и взрывов, поэтому обеспечение безопасности на объектах его хранения является очень важной задачей.

Резервуары для хранения СПГ делятся на три группы:

1. Стационарные резервуары (объемом до 50 кубометров) предназначены для долговременного хранения СПГ под давлением 0,2-6 атмосфер.
2. Транспортные резервуары предназначены для доставки СПГ со склада потребителю. Предельное давление, под которым находится СПГ в таких резервуарах, достигает 16 атмосфер.
3. Технологические резервуары (объемом менее 50 кубометров) предназначены для хранения сжиженного газа, производимого на комплексе.

Источник

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:

• Стационарные резервуары
• Оборудование, предназначенное для заполнения резервуаров от технологических линий сжижения газа
• Оборудования для отгрузки (стендеры)
• Оборудование, обеспечивающее безопасность хранения СПГ

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:

• Относительное максимальное давление (от 10 до 23 КПа в зависимости от конструкции).
• Уровень суточных испарений, то есть процентное отношение между кубическими метрами СПГ, испарившимися за сутки и максимальным объемом СПГ, который может храниться (от 0,05 до 4% в зависимости от конструкции).

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

• Полная непроницаемость для газа
• Восприятие нагрузок от СПГ (давление, температура, вес)
• Удержание СПГ в экстремальных условиях, создающихся или самим СПГ или средой, окружающей резервуар
• Стабильность основания (креплений)
• Сохранение целостности теплоизоляции, заполняющей пространство
• Возможность контроля целостности оболочек в процессе эксплуатации

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

Резервуары для хранения сжиженного газа

В мировой практике применяются различные виды резервуаров хранения СПГ. Различия обусловлены их объемом, а также геологическими и природоохранными факторами. Благодаря новым конструкторским разработкам, в последние годы стало возможным строительство крупных надземных резервуаров объемом до 200 тыс. м 3 .

Вертикальные цилиндрические изотермические резервуары классифицируют по следующим признакам:

• конструктивному исполнению стенок резервуара – одностенные, двустенные, с внутренней мембраной;
• конструктивному исполнению внутренней крыши – самонесущая и подвесная;
• типу изоляции – экранная, пористая, засыпная, жесткая;
• применяемому материалу – металлические, железобетонные, комбинированные.

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:

1. Подкладка крыши
2. Подвеска
3. Железобетонная крыша
4. Боковая стенка из портландцемента
5. Железобетонная стена основания
6. Железобетонные сваи
7. Изоляция крыши
8. Подвесная платформа
9. Внутренний корпус
10. Теплоизоляция стенки резервуара
11. Подкладка
12. Вторичная перегородка

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:

1. Железобетонная крыша
2. Стальная крыша
3. Подвесная платформа
4. Теплоизоляция из стекловаты
5. Не содержащая фреона твердая полиуретановая изоляция
6. Мембрана из нержавеющей стали, содержащей 18% Cr и 8% Ni
7. Железобетонная стенка
8. Железобетонная шпунтовая стенка
9. Боковой подогреватель
10. Железобетонное дно
11. Подогреватель основания
12. Основание из гравия

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:

1. Купольная крыша
2. Подвесная платформа
3. Берма (горизонтальная площадка на откосе)
4. Изоляция на подвесной платформе
5. Изоляция стенки и днища
6. Подогреватель
7. Насосная площадка
8. Трубопроводная обвязка и эстакада
9. Мембрана
10. Стенка и основание
11. Каркас поршневого насоса

Заглубленный резервуар с крышей, имеющей внутреннюю изоляцию:

1. Купольная крыша
2. Берма (горизонтальная площадка на откосе)
3. Изоляция стенки и днища
4. Подогреватель
5. Насосная площадка
6. Трубопроводная обвязка и эстакада
7. Изоляция крыши
8. Мембрана
9. Стенка и основание
10. Каркас поршневого насоса

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