резервуар для транспортировки и хранения природных трудносжижаемых газов

Классы МПК:F17C1/00 Сосуды высокого давления, например газовые баллоны, резервуары для газа, заменяемые патроны или баллончики
Автор(ы):, , , , , , , ,
Патентообладатель(и):Центральный научно-исследовательский институт им.акад.А.Н.Крылова
Приоритеты:
подача заявки:
1992-09-18
публикация патента:

Сущность изобретения: резервуар для транспортировки и хранения природных трудносжижаемых газов, например метана, выполнен в виде коаксиально вложенных друг в друга замкнутых емкостей, установленных с зазорами для размещения газа между стенками этих емкостей, причем каждая последующая емкость сообщена трубопроводом через компрессор с постоянной степенью сжатия, равной двум, с предыдущей емкостью и снабжена клапаном аварийного стравливания давления при уменьшении давления в предыдущей емкости ниже номинального 1 ил. 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2

Формула изобретения

РЕЗЕРВУАР ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ И ХРАНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ТРУДНОСЖИЖАЕМЫХ ГАЗОВ, например метана, включающий коаксиально вложенные одна в другую замкнутые емкости, установленные с зазором для размещения газа под давлением между стенками емкостей, причем каждая последующая емкость сообщена с предыдущей трубопроводом и снабжена предохранительным клапаном, отличающийся тем, что сообщение трубопроводом каждой последующей емкости с предыдущей осуществлено через компрессор с возможностью обеспечения постоянной степени сжатия, равной двум.

Описание изобретения к патенту

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

Однако при хранении и транспортировке трудносжижаемых газов, в том числе природных газов, от районов добычи к районам переработки и потребления для заполнения таких емкостей требуется специальное оборудование, обеспечивающее предварительную подготовку газа, в частности его сепарацию, очистку от посторонних примесей, осушение и сжижение при низких температурах, составляющих для природного газа величину порядка -160оС. Этот температурный режим требуется поддерживать и в процессе хранения или транспортировки.

В связи с этим большой объем, в том числе на судах-газовозах, занимает изоляция резервуаров со сжиженным газом, имеющая низкий удельный вес. Наряду с этим при традиционно применяемой сферической форме резервуаров образуются большие объемы неиспользуемого прост- ранства. Эти обстоятельства приводят к тому, что грузоподъемность транспортных средств, особенно судов-газовозов, используется не полностью. Кроме того, особую трудность вызывает наличие испарения 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 средстве или хранилище, либо утилизации продуктов испарения, например, путем исполь- зования в качестве топлива для энергоустановки транспортного средства. Ввиду изложенного транспортные средства и хранилища для сжиженных газов отличаются высокой стоимостью и повышенной опасностью в эксплуатации. Последнее обстоятельство предъявляет дополнительные требования к оборудованию пунктов разгрузки и превращения сжиженного газа в газообразное состояние, размещаемых, как правило, в отдаленных, безлюдных местностях.

Задачей заявляемого изобретения является получение технического результата, заключающегося в упрощении и удешевлении процесса подготовки трудносжижаемых газов, например метана, для транспортировки и хранения, уменьшении объема резервуара для хранения заданного количества газа по сравнению с объемом хранилища традиционного типа, рассчитанного на хранение газа при номинальном давлении, и удешевлении его конструкции, повышении надежности и безопасности транспортировки и хранения газа, в том числе экологической.

Для этого резервуар для транспортировки и хранения природных трудносжижаемых газов, например метана, выполнен в виде коаксиально вложенных друг в друга замкнутых емкостей, установленных с зазорами для размещения газа между стенками этих емкостей, причем каждая последующая емкость сообщена трубопроводом через компрессор с постоянной степенью сжатия, равной двум, с предыдущей емкостью и снабжена клапаном аварийного стравливания давления при уменьшении давления в предыдущей емкости ниже номинального.

Выполнение резервуара в виде коаксиально вложенных друг в друга емкостей с зазором между стенками позволяет разгрузить конструкцию стенки от действия сил давления со стороны заполненного в емкость газа.

Сообщение каждой емкости с предыдущей и с последующей через компрессоры с постоянной степенью сжатия обеспечивает выполнение емкостей с равнопрочными стенками, поскольку при закачивании газа с помощью компрессоров со степенью сжатия, равной двум, давление в каждой наружной емкости по отношению к давлению в ближайшей (первой) внутренней емкости отличается (меньше) ровно в 2 раза, и наоборот. Как известно, с уменьшением поперечных размеров емкости она выдерживает большее давление, чем емкость с большими поперечными размерами, то есть прочность сосуда повышается. Следовательно, в каждую внутреннюю емкость можно закачивать газ под большим давлением и большей массы, чем при меньшем давлении.

В случае аварийной ситуации, сопровождающейся уменьшением давления в любой внешней емкости, для сохранения целостности внутренней емкости предусмотрен клапан аварийного стравливания давления из этой емкости.

На чертеже представлен резервуар для газа.

Он выполнен в виде коаксиально вложенных друг в друга емкостей 1, представляющих собой, например, форму цилиндра и сообщенных друг с другом (снаружи и внутри) трубопроводом 2 через компрессор сжатия 3 с постоянной степенью сжатия, равной двум. Каждая емкость 1 снабжена клапаном аварийного стравливания давления 4, срабатывающим при уменьшении давления в соседней наружной емкости.

Указанные конструктивные особенности обеспечивают упрощение конструкции транспортного средства либо хранилища благодаря возможности транспортировки и хранения газа без предварительной подготовки природного газа, получаемого непосредственно из скважины, и исключения технологических процессов, связанных с необходимостью сжижения газа и обеспечения его хранения в жидком состоянии. В данном случае оказывается возможным в качестве способа подготовки газа к транспортировке использовать известный способ сухой сепарации пыли, газа и воды, основанный на охлаждении газа, поступающего из скважины с температурой порядка 50-55оС, до температуры окружающей среды и однократного уменьшения давления газа до номинального и затем его последовательного двухкратного повышения при закачивании в каждую из последующих емкостей.

Использование предлагаемых конструктивных решений позволяет также существенно (в зависимости от числа коаксиально вложенных друг в друга оболочек) уменьшить объем резервуара для хранения заданного количества газа по сравнению с объемом хранилища традиционного типа, рассчитанного на хранение газа при номинальном давлении при сохранении равенства суммарного веса оболочек резервуаров обоих типов.

Возможность и целесообразность использования резервуара предлагаемого типа для хранения и транспортировки трудносжижаемых газов, в частности природного, базируется на фундаментальном эффекте независимости массы оболочки, изготовленной из материала с определенной удельной прочностью и содержащей заданное количество газа от рабочего давления газа в ней.

Справедливость вышеизложенного иллюстрируется рядом известных расчетных зависимостей, для простоты и наглядности примененных к конструкции резервуара в виде четырех вложенных друг в друга цилиндров. В каждый из цилиндров принимается газ под давлением, соответствующим закону:

Рi=2iРо, (1) где i 0, 1, 2, 3 (номер цилиндра, начиная с наружного);

Ро давление, под которым находится газ в наружном цилиндре.

Давление за пределами резервуара примем равным атмосферному. Тогда, согласно расчетной схеме, представленной на чертеже, получим, что суммарный объем газа, находящегося в резервуаре V (м3), равен:

V резервуар для транспортировки и хранения природных   трудносжижаемых газов, патент № 2035004 резервуар для транспортировки и хранения природных   трудносжижаемых газов, патент № 2035004 [(r2oLo-r21L1)+2(r21L1-r22L2)+4(r22L2-r23L3)+8r23L3] (2) Или после преобразований:

V резервуар для транспортировки и хранения природных   трудносжижаемых газов, патент № 2035004 резервуар для транспортировки и хранения природных   трудносжижаемых газов, патент № 2035004 (r2oLo+r21L1+2r22L2+4r23L3) (2а) где ri, Li радиус и длина соответствующего цилиндра. Вес цилиндрической оболочки (т) определяется по формуле:

G=2резервуар для транспортировки и хранения природных   трудносжижаемых газов, патент № 2035004rt резервуар для транспортировки и хранения природных   трудносжижаемых газов, патент № 2035004, (3) где t толщина стенки, м;

резервуар для транспортировки и хранения природных   трудносжижаемых газов, патент № 2035004 удельный вес материала оболочки, т/м3. Толщина стенки неподкрепленной цилиндрической оболочки:

t резервуар для транспортировки и хранения природных   трудносжижаемых газов, патент № 2035004 (4) где Рр расчетное давление, кг/см2;

резервуар для транспортировки и хранения природных   трудносжижаемых газов, патент № 2035004 характеристика прочности материала оболочки (для традиционных металлических материалов предел текучести), кг/см2.

Тогда, исходя из расчетной схемы, и с учетом зависимостей (1), (3) и (4) суммарный вес оболочек резервуара предлагаемой конструкции составит:

G 2резервуар для транспортировки и хранения природных   трудносжижаемых газов, патент № 2035004K резервуар для транспортировки и хранения природных   трудносжижаемых газов, патент № 2035004 Po(r2oLo+r21L1+2r22L2+4r23L3) (5) где К коэффициент запаса прочности.

Таким образом, соотношение веса резервуара и объема газа в нем составляет:

резервуар для транспортировки и хранения природных   трудносжижаемых газов, патент № 2035004 2K резервуар для транспортировки и хранения природных   трудносжижаемых газов, патент № 2035004 (6) откуда следует, что вес резервуара не зависит от давления газа в нем. В связи с этим можно говорить о целесообразности хранения и транспортировки природного газа в резервуарах предлагаемой конструкции, при максимально достигаемом давлении во внутренней оболочке, равном тому, при котором реальный газ в наибольшей степени соответствует законам идеального газа. Для природного газа такой зоной является диапазон 380-410 атм.

Физический объем предлагаемого резервуара соответствует объему наружной оболочки, т.е.

Vрез= резервуар для транспортировки и хранения природных   трудносжижаемых газов, патент № 2035004ro2Lo. (7)

Физический объем резервуара традиционного типа (состоящего из одной оболочки), в котором хранится равное количество газа под давлением Ро, составляет величину:

Vтрез= резервуар для транспортировки и хранения природных   трудносжижаемых газов, патент № 2035004 резервуар для транспортировки и хранения природных   трудносжижаемых газов, патент № 2035004(r2oLo+r21L1+2r22L2+4r23L3) (8)

Тогда, условно задавшись количеством (две пять) и геометрическими характеристиками оболочек резервуара предлагаемого типа (см. расчет, приведенный в таблице), получим уменьшение объема резервуара по сравнению с традиционным в 1,7-4,5 раза.

Данное предложение дает возможность принимать непосредственно из добычной скважины без использования специального оборудования для подготовки природного газа и обеспечить транспортировку значительного количества газа (до нескольких млрд.м3) без его предварительного сжижения при приемлемых габаритах транспортного резервуара.

Использование данного предложения при освоении газовых месторождений в труднодоступных районах, в частности на шельфе арктических морей, позволит существенно упростить конструкцию добычного комплекса, сократить срок получения потребителем первого промышленного газа при уменьшении капитальных вложений за счет обеспечения возможности приема и последующей транспортировки природного газа непосредственно после завершения строительства первой добычной скважины, а также отказа от сооружения станций первичной подготовки газа и его сжижения на промысле и обратного превращения в газообразное состояние в районе потребления.

Класс F17C1/00 Сосуды высокого давления, например газовые баллоны, резервуары для газа, заменяемые патроны или баллончики

конструкция горловины напорного резервуара -  патент 2528773 (20.09.2014)
резервуар -  патент 2527816 (10.09.2014)
оболочка из композиционных материалов для высокого внутреннего давления -  патент 2526999 (27.08.2014)
конструкция узла "штуцер-корпус" сосуда давления -  патент 2526003 (20.08.2014)
армированная оболочка для внутреннего давления из слоистого композиционного материала -  патент 2514980 (10.05.2014)
бобышка сосуда высокого давления и участок ее сопряжения с футеровкой -  патент 2511881 (10.04.2014)
способ изготовления сварных сосудов высокого давления -  патент 2510784 (10.04.2014)
металлокомпозитный баллон высокого давления -  патент 2510476 (27.03.2014)
подземное хранилище сжиженного природного газа -  патент 2510360 (27.03.2014)
втулка для баллонов высокого давления и способ ее изготовления -  патент 2507437 (20.02.2014)
Наверх