СТАЦИОНАРНАЯ СИСТЕМА БЕЗДРЕНАЖНОГО ХРАНЕНИЯ И ГАЗИФИКАЦИИ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 2023 года по МПК F17C9/02 

Изобретение относится к области криогенной техники, а именно к техническим средствам для хранения и газификации криогенных продуктов, в частности, сжиженного природного газа (СПГ).

Задача газификации при помощи СПГ отдаленных населенных пунктов, куда экономически нецелесообразно прокладывать магистральные газопроводы, является важной и перспективной. При выполнении этой задачи неизбежно приходится решать ряд проблем, связанных с пожарной безопасностью технических систем, а также снижением потерь газа при транспортировке и хранении.

Наиболее близкими аналогами заявляемого изобретения являются газификационные установки, выполненные по патентам RU 150624, RU 2289752, RU 119846, включающие криогенный резервуар, обвязку трубопроводов и арматуры, а также блок атмосферных испарителей для газификации жидкого продукта. Основным недостатком таких установок является ограниченное время хранения продукта в резервуаре вследствие неизбежного теплопритока через изоляцию, вызывающего испарение жидкости и рост давления в резервуаре. Даже использование высокоэффективной экранно-вакуумной теплоизоляции не позволяет полностью исключить теплоприток из окружающей среды к криопродукту в сосуде. Время бездренажного хранения (резервное время до срабатывания предохранительных клапанов резервуара) для большинства стационарных систем на практике редко превышает 7-10 суток, что является неприемлемым для безопасной эксплуатации криогенного резервуара в отдаленном населенном пункте.

Технической задачей системы хранения является обеспечение возможности длительного хранения и газификации сжиженного природного газа в отдаленном населенном пункте без дренажа в атмосферу паров СПГ, образующихся вследствие теплопритоков через изоляцию к жидкому продукту.

Решение технической задачи обеспечивается тем, что стационарная система бездренажного хранения и газификации сжиженного природного газа включает криогенный резервуар, обвязку трубопроводов и блок атмосферных испарителей и характеризуется тем, что испарившуюся от теплопритока из окружающей среды часть природного газа автоматически через регулятор давления подают в подземное буферное хранилище, причем к криогенному резервуару подсоединена газовая холодильная машина, запитанная через инвертор от блока аккумуляторных батарей, заряжаемых от ветрогенератора, с контролем заряда и контролем работы холодильной машины от системы автоматического управления.

Технический результат, достигаемый заявленной совокупностью признаков, заключается в повышении безопасности хранения продукта за счет предотвращения образования взрывоопасных смесей природного газа с воздухом, образующихся при дренаже газа в атмосферу, и существенного снижения потерь продукта в процессе эксплуатации.

Работа системы иллюстрируется фигурой, на которой обозначены:

1 - криогенный резервуар с экранно-вакуумной теплоизоляцией;

2 - подземное буферное хранилище;

3 - атмосферный испаритель;

4 - регулятор давления;

5 - обратный клапан;

6 - блок атмосферных испарителей;

7 - регулятор давления на буферной линии;

8 - регулятор давления на основной линии;

9 - линия выдачи потребителю;

10 - газовая холодильная машина;

11 - инвертор;

12 - блок аккумуляторных батарей;

13 - система автоматического управления;

14 - ветрогенератор.

Компоненты заявляемого технического решения известны из уровня техники:

криогенный резервуар с экранно-вакуумной изоляцией может быть выполнен согласно патенту на изобретение RU 2709750;

газовая холодильная машина может быть выполнена согласно патенту на изобретение SU 222407;

атмосферный испаритель может быть выполнен согласно патенту на изобретение или US 7493772;

устройство подземного буферного резервуара может быть выполнено в соответствии с патентом на изобретение RU 2642587;

инвертор может быть выполнен в соответствии с известным техническим решением (http://www.invertor.ru/titanator.html, дата обращения 23.11.2022);

ветрогенератор может быть выполнен в соответствии с известным техническим решением (http.7/www.geostart.ru/post/8325, дата обращения 23.11.2022).

Отличительной особенностью рассматриваемой системы хранения природного газа является наличие дополнительного хранилища 2, содержащего, по меньшей мере, один горизонтальный резервуар для хранения продукта под давлением в газообразном виде. При этом преимуществом рассматриваемой системы по сравнению с комбинированными системами хранения сжиженного и компримированного природного газа является отсутствие в схеме оборудования, работающего под высоким (15…20 МПа) избыточным давлением, то есть буферных баллонов, моноблоков, а также компрессоров высокого давления, что дополнительно повышает уровень безопасности.

Жидкий продукт из резервуара 1 поступает в испарительный блок 6, содержащий, по меньшей мере, один атмосферный испаритель, после чего через регулятор давления 8 газ поступает в линию потребителя 9 для дальнейшего редуцирования давления. При этом газообразный продукт из буферной емкости 2 через регулятор давления 7 также поступает в линию потребления. Различное давление настройки регуляторов 7 и 8 позволяет осуществить автоматическую работу системы таким образом, что в первую очередь происходит опорожнение буферного резервуара, после чего за счет снижения давления на участке линии 9 происходит открытие регулирующего клапана 8, т.е. начинается выдача газа из основного резервуара 1.

Атмосферный испаритель 3 установлен на линии на случай возможного выброса жидкости через узел газосброса криогенного резервуара. Давление настройки регулятора давления 4, как правило, на 0,2-0,25 МПа ниже давления настройки предохранительных клапанов криогенного резервуара 1, но должно подбираться с учетом рабочего давления буферного хранилища 2.

Хранилище для сбора испарившейся части природного газа необходимо располагать под землей ниже глубины промерзания грунта во избежание возможной конденсации примесей тяжелых углеводородов при отрицательных температурах окружающей среды.

Инвертор 11 осуществляет преобразование постоянного тока 24 В от ветрогенератора в переменный ток 220 В для питания электродвигателя холодильной машины 10. Также через инвертор можно осуществить питание системы от внешней сети, при наличии технической возможности на месте эксплуатации, например, на время проведения сервисного обслуживания холодильной машины. Расчетные удельные затраты электроэнергии на снижение давления в криогенном сосуде составляют 5…10 кВтч для реконденсации одного кубического метра парового пространства резервуара. Включение и выключение электродвигателя газовой холодильной машины происходит по сигналу от контроллера системы автоматического управления 13. При работе системы постоянно контролируются давление и уровень жидкости в сосуде. При достижении верхней заданной уставки по давлению осуществляется пуск холодильной машины. Давление плавно снижается до значения рабочего давления, после чего дается сигнал на отключение двигателя холодильной машины. Помимо этого, система управления также выполняет функцию контроллера заряда аккумуляторных батарей 12.

В зимнее время года, когда теплоприток через изоляцию к продукту ниже, чем летом, а потребление газа, наоборот, многократно возрастает, газовая холодильная машина может быть временно отключена. При этом электростанция на базе ветрогенератора может быть подключена для выработки электроэнергии во внешнюю сеть.

Таким образом, за счет наличия буферного хранилища и холодильной машины, запитанной от автономной электростанции, осуществляется повышение времени бездренажного хранения СПГ в рассматриваемой системе.

Увеличение резервного времени бездренажного хранения достигается за счет оснащения стационарного резервуара автономно работающей системой реконденсации паров природного газа, включающей газовую холодильную машину с электродвигателем, получающим питание через инвертор от аккумуляторных батарей. Зарядка аккумуляторных батарей осуществляется от ветрогенератора, контроль заряда осуществляется системой автоматического управления. В случае временного существенного снижения уровня потребления газа, особенно в летний период времени, предусмотрен автоматический сброс части испарившегося газа в буферное подземное хранилище. Дополнительное резервное время хранения также необходимо в случаях сбоя в графиках поставок жидкости для заправки криогенного резервуара.

Изобретение относится к области криогенной техники, а именно к техническим средствам для хранения и газификации криогенных продуктов, в частности сжиженного природного газа. Стационарная система бездренажного хранения и газификации сжиженного природного газа включает криогенный резервуар, обвязку трубопроводов и блок атмосферных испарителей. Испарившаяся от теплопритока из окружающей среды часть природного газа автоматически через регулятор давления подается в подземное буферное хранилище. К криогенному резервуару подсоединена газовая холодильная машина, запитанная через инвертор от блока аккумуляторных батарей, заряжаемых от ветрогенератора, с контролем заряда и контролем работы холодильной машины от системы автоматического управления. Технический результат заключается в повышении безопасности хранения продукта за счет предотвращения образования взрывоопасных смесей природного газа с воздухом, образующихся при дренаже газа в атмосферу, и существенного снижения потерь продукта в процессе эксплуатации. 1 ил.

Стационарная система бездренажного хранения и газификации сжиженного природного газа, включающая криогенный резервуар, обвязку трубопроводов и блок атмосферных испарителей, характеризующаяся тем, что испарившуюся от теплопритока из окружающей среды часть природного газа автоматически через регулятор давления подают в подземное буферное хранилище, причем к криогенному резервуару подсоединена газовая холодильная машина, запитанная через инвертор от блока аккумуляторных батарей, заряжаемых от ветрогенератора, с контролем заряда и контролем работы холодильной машины от системы автоматического управления.