СПОСОБ ТРАНСПОРТИРОВКИ И ХРАНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ТРУДНОСЖИЖАЕМЫХ ГАЗОВ В ЕМКОСТЯХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F17C1/00 

Изобретение относится к добыче и транспортировке газообразных продуктов и касается технических средств для перевозки и хранения трудносжижаемых газов.

Основным способом транспортировки природных газов и их хранения, помимо трубопроводного транспорта, является транспортировка и хранение в сжиженном состоянии в специальных сосудах под давлением или изотермических емкостях. При хранении и транспортировке трудносжижаемых газов, в том числе природных, от районов добычи к районам переработки и потребления, для заполнения таких емкостей требуется специальное оборудование, обеспечивающее их сжижение при сверхнизких температурах, составляющих для природного газа величину порядка минус 160^оС. Этот температурный режим требуется поддерживать и в процессе хранения и транспортировки, что обусловливает необходимость теплоизоляции емкостей со сжиженным газом. Кроме того, особую трудность вызывает испарение сжиженного газа в процессе хранения или транспортировки, исключить которое полностью не представляется возможным. В связи с этим существует задача повторного сжижения газов в специальных агрегатах, устанавливаемых на транспортном средств или хранилище, либо утилизация продуктов испарения каким-либо другим способом. Ввиду изложенного, транспортные средства и хранилища для сжиженных газов обладают высокой стоимостью и повышенной опасностью в эксплуатации вследствие катастрофических последствий, возникающих при разрушении хранилища. Последнее обстоятельство представляет дополнительные требования к оборудованию пунктов разгрузки и превращения сжиженного газа в газообразное состояние, размещаемых, как правило, в отдельных, безлюдных местностях.

При перевозке и хранении газов в газообразном состоянии значительно возрастают потребные объемы хранилищ, что зачастую является весьма существенным препятствием на пути их реального применения, так как резко снижает эффективность этих мероприятий и соответственно их целесообразность.

Задачей заявляемого изобретения является получение технического результата, заключающегося в упрощении, удешевлении и повышении надежности и безопасности способа и устройства транспортировки и хранения трудносжижаемых природных газов.

Для этого в способе транспортировки и хранения природных трудносжижаемых газов в емкостях, включающем закачивание газа в емкости и повышение давления в них, транспортировку и хранение газа осуществляют в цилиндрических емкостях малого диаметра в пределах 100-150 мм с предварительным доведение в них газа до состояния, при котором реальный газ в наибольшей степени соответствует законам идеального газа, путем создания в указанных емкостях с газом давления, равного 380-410 атм. В устройстве для осуществления способа транспортировки и хранения природных трудносжижаемых газов в емкостях, каждая емкость выполнена в виде системы замкнутых и уложенных, например, по спирали или в виде змеевика цилиндрических труб круглого сечения диаметром до 100-150 мм, разделенных на секции. Причем секции через запорные клапанные устройства сообщены с коллекторами для приемки и выгрузки газа. Суммарную длину труб при этом выбирают из условия обеспечения заданного объема транспортировки и хранения газа.

Предлагаемый способ и устройство позволяют обеспечить транспортировку и хранение значительных (до нескольких млн м³ объемов газа при приемлемых габаритах транспортного средства без использования станций по сжижению газа и средств его поддержания в жидком состоянии, а также повышенную степень безопасности, в том числе и экологической, поскольку при разрыве трубы малого диаметра возможные последствия минимизированы, а в конструкции такого средства легко предусмотреть возможность немедленного отключения разрушившейся секции. При этом исключается комплекс проблем по выполнению подготовительных операций природного газа для транспортировки и хранения, а также мероприятий над газом в процессе транспортировки и хранения.

Возможность и целесообразность использования труб диаметром 100-150 мм при сверхвысоком (380-410 атм) давлении в качестве хранилища газа базируется на фундаментальном принципе крайне малой зависимости массы трубы, содержащей заданное количество газа, от величины давления газа в ней. Таким образом масса трубы определяется только удельной прочностью материала трубы.

Справедливость вышеизложенного иллюстрируется рядом известных расчетных зависимостей.

Объем газа, находящегося в трубе V (м³), составит:
V L
(1) где d внутренний диаметр трубы, мм;
L длина трубы, м;
Р_о/Р_атм относительное давление газа в трубе; а вес трубы G, т:
G π d L t γ (2) где t толщина стенки, м;
γ удельный вес материала трубы, т/м³.

Толщина стенки для неподкрепленной цилиндрической оболочки:
t (3) где Р_р расчетное давление, кг/см²
σ характеристика прочности материала трубы (для традиционных металлических материалов предел текучести) кг/см².

Преобразуя формулы (1)-(3), получим, что соотношение веса трубы и объема газа в ней составляет
2 P_атм
(4)
Отношение k представляет собой коэффициент запаса прочности, принятый для трубопровода, а из формулы
2k P
(4a) следует, что вес трубы не зависит от давления газа в ней.

В связи с этим можно говорить о целесообразности хранения газа в тонких, диаметром 100-150 мм трубах при максимально возможном давлении, при котором реальный газ в наибольшей степени соответствует законам идеального газа. Для природного газа такой зоной является диапазон 380-310 атм, где погрешности определяемых величин, связанные с практической сжимаемостью, составят около 5%
На фиг.1 показан пример выполнения емкости для транспортировки и хранения газа, выполненной в виде системы труб 1 диаметром 100-150 мм, спирально уложенных в змеевики и разделенных на секции; на фиг.2 с системой труб, линейно уложенных в змеевики; на фиг.3 разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 разрез Б-Б на фиг.2.

Каждая секция 2 через запорное клапанное устройство 3 сообщена с коллекторами 4 для приемки и выгрузки газа. Коллекторы снабжены трубопроводами 5 для приемки и выгрузки газа. Все перечисленное оборудование размещено в защитном кожухе 6.

Использование данного предложения для доставки добытого сырья от газовых месторождений, расположенных в труднодоступных районах, в частности, на шельфе арктических морей, позволит в значительной степени упростить конструкцию средств хранения и транспортировки газа и технологический процесс передачи сырья на транспортное средство, снизить стоимость и сократить срок обустройства месторождения за счет отказа от сооружения станций сжижения и розлива газа, исключить необходимость обратного превращения сырья в газообразное состояние по окончании транспортировки, а также повысить безопасность хранилища или транспортного средства.

Сущность изобретения: в способе транспортировки и хранения природных трудносжижаемых газов в емкостях, включающем закачивание газа в емкости и повышение давления в них, транспортировку и хранение газа осуществляют в цилиндрических трубах малого диаметра в пределах 100-150 мм с предварительным доведением в них газа до состояния, при котором реальный газ в наибольшей степени соответствует законам идеального газа путем создания в указанных емкостях с газом давления, равного 380-410 атм. В устройстве для осуществления способа транспортировки и хранения природных трудносжижаемых газов в емкостях, каждая емкость выполнена в виде системы замкнутых и уложенных по спирали или в виде змеевика цилиндрических труб круглого сечения диаметром до 100-150 мм, разделенных на секции. Причем секции через запорные клапанные устройства сообщены с коллекторами для приемки и выгрузки газа. Суммарную длину труб при этом выбирают из условия обеспечения заданного объема транспортировки и хранения газа. Предлагаемый способ и устройство позволяют обеспечить транспортировку и хранение значительных объемов газа без использования станций по сжижению газа и средств его поддержания в жидком состоянии, а также повышенную степень безопасности, в том числе и экологической. 2 с. п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ транспортировки и хранения природных трудносжижаемых газов в емкостях, включающий закачивание газа в емкости и повышение давления в них, отличающийся тем, что транспортировку и хранение газа осуществляют в цилиндрических трубах круглого сечения малого диаметра в пределах до 100 150 мм, предварительно доведя в них газ до состояния, при котором реальный газ в наибольшей степени соответствует законам идеального газа, путем создания в указанных емкостях с газом давления, равного 380 410 атм. 2. Устройство для транспортировки и хранения природных трудносжижаемых газов в емкостях, отличающееся тем, что каждая емкость выполнена в виде системы замкнутых и уложенных по спирали или в виде змеевика цилиндрических труб круглого сечения диаметром до 100 150 мм, разделенных на секции, причем секции через запорные клапанные устройства сообщены с коллекторами для приемки и выгрузки газа, при этом суммарную длину труб выбирают из условия обеспечения заданного объема транспортировки и хранения газа.