Способ хранения жидкого топлива в вечномерзлых грунтах Советский патент 1992 года по МПК B65G5/00 

Изобретение относится к технологии создания хранилища жидкого топлива в зоне вечной мерзлоты и может быть использовано при хранении газового конденсата, дизельного топлива, керосина, бензина.

Известен способ хранения жидкого топлива в незакрепленных подземных выработках, облицованных льдом, предотвращение оттаивания которого при заполнении хранилища теплым топливом достигается путем регулирования скорости его слива. Оттаивания ледяной облицовки и оттаивания и обрушения вечномерзлых пород не происходит, если скорость подвода тепла к поверхности теплообмена не превышает способности мерзлых пород отводить тепло

в глубь массива. При этом охлаждение прогретого массива мерзлых пород вокруг хранилища осуществляется в результате теплообмена, с топливом, охлаждаемым в морозный период года посредством его прокачки через надземный трубопровод (теплообменник).

Недостатком способа является медленное заполнение хранилища теплым топливом в связи с необходимостью снижения тепловой нагрузки на его теплообменную поверхность. Это вызывает простои трансПортного средства или необходимость строительства дополнительной наземной емкости.,

Известен также способ хранения жидкого топлива в ледогрунтовых хранилищах, в которых сохранение начальной температуры окружающих их мерзлых пород обеспечивается охлаждением топлива перед сливом до отрицательной температуры.

Топливо охлаждается путем прокачки последовательно через трубопровод, окруженный льдом (секция 1), и трубопровод, погруженный в криогидратную смесь (секция II). В секции I топливо охлаждается до околонулевой положительной температуры, в секции II - до отрицательной температуры. Лед послойно намораживается зимой в наземных бунтах, которые для предохранения от таяния в летнее время покрывают теплоизоляционной засыпкой.

Криогидратная смесь, представляющая) собой насыщенный водный раствор поваренной соли, размещается в железобетонном резервуаре. Для поу учениянужной отрицательной температуры в рассол постоянно добавляют куски льда, которые выкдлывают из специально намороженного для этого бунта. При этом по мере снижения концентрации раствора за счет таяния льда температура его повышается. Для поддержания нужной температуры по мере таяния льда в рассол добавляют еще и соль. Поэтому резервуар для криогидратной смеси должен быть достаточно большого объема, рассод из него периодически удаляться. Определенную сложность представляет утилизация удаляемого рассола.

Как подсчитано, для охлаждения 1000 м жидкого топлива с 15 до минус 4°С требуется 600 м ледяного бунта, в том числе около 100 м рабочего льда. Последний ежегодно намораживается в бунте послойной заливкой воды. Для этого необходимо убйрать теплоизоляционную засыпку, которая обычно по мере таяния льда осыпается, смешивается с водой и в результате этого теряет свои теплоизоляционные свойства. После намораживания льда бунт снова покрывается теплоизоляционной засыпкой.

Таким образом, недостатками этого способа являются сложность технологии намораживания льда и затраты на его сохранение от таяния под воздействием солнечной радиации и теплого атмосферного воздуха.

Цель изобретения - упрощение способа и исключение влияния внешних воздействий. Поставленная цель достигается тем, что рядом с основной сооружают дополнительную подземную емкость и размещают в ней теплообменник, затем емкость заполняется водой, которая замораживается в зимний период путем перекачки охлажденного

топлива из основной емкости по системе теплообменников в замкнутом цикле, а в летний период путем перекачки охлажденнрго топлива из основной емкости по системе теплообменников теплое топливо из транспортного средства перед заливкой в основную емкость охлаждают путем перекачки его через теплообменник, размещенный в массиве намороженного льда в дополнительной емкости.

На чертеже показано устройство для реализации способа.

В зимнее время вентили 5 и 8 закрыты. Жидкое топливо 13 из основной подземной емкости 12 с помощью погружного насоса 14 последовательно прокачивается через надземный трубопровод 10, теплообменник 3, расположенный в дополнительной подземной емкости 1 с водой 2, и наземный трубопровод 11. При этом топливо в наземных трубопроводах 10и 11 в результате теплообмена с холодным атмосферным воздухом охлаждается. Холодное топливо, проходя через теплообменник 3, отбирает тепло из окружающей его воды, которая вследствие этого постепенно замерзает вокруг теплообменника.

Как известно, вода при переходе в лед увеличивается в объеме. В связи с этим во избежание выпучивания кровли дополнительной емкости при полном замерзании воды его наполняют на высоту Н

h

1 -Ь/

где Н - высота емкости; /3 0,09 - коэффициент объемного расширения воды при переходе в лед.

Диаметр этой емкости должен быть таким, чтобы к концу зимы вся вода в нем успела замерзнуть и восстановилась естественная температура пород вокруг емкости.

Охлажденное в надземном трубопроводе, 11 топливо, сливаемоев основную емкость, понижает температуру окружающих мерзлых пород.

В отличие от прототипа температура мерзлых пород вокруг основной емкости во время заполнения его топливом нарушается незначительно, так как оно сливается в охлажденном виде. Поэтому естественная температура пород восстанавливается достаточно быстро.

Суммарная площадь надземного трубопровода 10 должна быть достаточной для охлаждения топлива: чтобы наморозить ледяной цилиндр заданного диаметра в заданный. промежуток времени, а суммарная г лощадь надземного трубопровода 1 должна обеспечить охлаждение топлива, чтобы восстановить температуру пород вокруг основной емкости 12 в течение времени прокачки топлива.

В теплое время года, когда сливаемое в основную емкость топли1во нужно охлаждать, вентили 6 и 7 закрываются, а вентили 5 и 8 открываются.

Теплое топливо из транспортного средства по трубопроводу 4 подается в теплообменник 3, окруженный льдом, и по подземному трубопроводу 9 сливается в основную емкость 12.

Так как топливо в теплообменнике 3 охлаждается за счет таяния льда, то оно принимает околонулевую положительную температуру. Поэтому температура стенки основной емкости незначительно повышается. Восстановление естественной температуры мерзлых пород осуществляют, как было указано выше, в холодное время года топливом из основной емкости, охлаждаемым в надземнол трубопроводе 11.

Способ планируется реализовать в Якутской нефтебазе, расположенной на берегу реки Лены. На базе имеется подземная емкость объемом 800 м , построенная в 1974 г. В настоящее время в зту емкость сливать топливо можно только в холодное время года, когда оно охладится в наземном резервуаре. Для непосредственного слива топлива из речного танкера в эту емкость рядом с ней строится Дополнительная eiyiKoctb, в которой в зимнее время намораживается лед. Для охлаждения топлива в процессе его перекачки из танкера в основную емкость потребное количество холода можно выразить следующей зависимостью Q С -yV-Cto-tk), (1)

где С - удельная теплоемкость топлива; уплотность топлива: V - полезный объем основной емкости; to и tk - температура топлива до и после охлаждения.

Хладоемкость дополнительной емкости

QB QфVв(2)

где Оф - теплота фазового перепада 1 м воды; VB - объем замораживаемой воды (полезный объем дополнительной емкости).

Необходимый полезный объем дополнительной емкости можно получить, приравняв выражение (1) и (2) и введя коэффициент 3ariaca

0,

(3)

где К - коэффициент запаса, обеспечивающий сохранность мерзлых грунтов стенки емкости.

Из (3) с учетом (1) и (2) получим VB K .С-у(1о-г,}(4)

Оф

Значения входящих в формулу (4) параметров для условий Якутской нефтебазы: коэффициент запаса К 1,15: С 0,5 ккал/кг 0 гр; у 800 V 800 (температура воды в реке Лены); tk 0; Оф 8 10 ккал/м . Тогда

1,15 0,5 -800 -800

.

VB

8 10

5

Таким образом, полезный объем дополнительной емкости для охлаждения 800 м жидкого топлива с 18 до 0° С составляет 83 м.

Как видно из примера практической ре0ализации предлагаемого способа, для охлаждения жидкого топлива перед сливом его в основную подземную емкость требуется создавать дополнительную подземную емкость значительно меньшего объема

5 (примерно, в 10 раз), чем основная емкость. При этом, в отличие от известного способа, требующего сооружения дополнительного наземного железобетонного или металлического резервуара, равного по объему основ0ной емкости, в качестве среды для его сооружения используется массив мерзлого грунта, что дает экономию строительного материала (металла, бетона). Преимущество р. предлагаемого способа состоит еЩе и в том, что при его использовании не требуется применения криогидратной смеси, тем самым исключаются большие дополнительные затраты и неудобства в эксплуатации.

Формула изобретения

0

Способ хранения жидкого топлива в вечномерзлых грунтах, включающий сооружение подземного хранилища и емкости с размещенными в ней теплообменниками и J. намороженным в зимний период льдом, охлаждение топлива в емкости со льдом и слив его в хранилище, отличающийся тем, что. с целью снижения затрат и трудоемкости хранения за счет исключения влияния атмосферного воздуха, емкость для охлаж0дения топлива сооружают под землей рядом с подземным хранилищем, а намораживание в ней льда осуществляют заполнением емкости водой и последующей прокачкой по теплообменникам емкости охлажденного

5

топлива из хранилища в замкнутом цикле.

.6 7

Ю 11

Изобретение относится к технологии создания хранилищ жидкого топлива в зоне вечной мерзлоты и м.б. использовано при хранении газового конденсата, дизельного топлива, керосина, бензина. Цель - снижение затрат и трудоемкости хранения за счет исключения влияния атмосферного воздуха. Сооружают подъегу1ное хранилище. Рядом с ним под землей сооружают емкость для охлаждения топлива. Размещают в ней теплообменник. В зимний период осуществляют в ней намораживание льда. Для этого заполняют ее водой и затем прокачивают по теплообменнику охлажденное топливо из хранилища в замкнутом цикле. В летний период охлаждение топлива осуществляют путем прокачки его в емкости со льдом и последующего слива в подземное хранилище. 1 ил.