Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
РЕЗЕРВУАР ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ И ХРАНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ТРУДНОСЖИЖАЕМЫХ ГАЗОВ
РЕЗЕРВУАР ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ И ХРАНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ТРУДНОСЖИЖАЕМЫХ ГАЗОВ

РЕЗЕРВУАР ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ И ХРАНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ТРУДНОСЖИЖАЕМЫХ ГАЗОВ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: 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.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2035004
Класс(ы) патента: F17C1/00
Номер заявки: 5063242/26
Дата подачи заявки: 18.09.1992
Дата публикации: 10.05.1995
Заявитель(и): Центральный научно-исследовательский институт им.акад.А.Н.Крылова
Автор(ы): Дмитриев В.В.; Дмитриев М.В.; Дорофеев Ю.П.; Кильдеев Р.И.; Орлов О.П.; Пашин В.М.; Пугачевский А.А.; Снесарева Т.Ф.; Чемоданов А.В.
Патентообладатель(и): Центральный научно-исследовательский институт им.акад.А.Н.Крылова
Описание изобретения: 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 π [(r2oLo-r21L1)+2(r21L1-r22L2)+4(r22L2-r23L3)+8r23L3] (2) Или после преобразований:
V π (r2oLo+r21L1+2r22L2+4r23L3) (2а) где ri, Li радиус и длина соответствующего цилиндра. Вес цилиндрической оболочки (т) определяется по формуле:
G=2πrt γ, (3) где t толщина стенки, м;
γ удельный вес материала оболочки, т/м3. Толщина стенки неподкрепленной цилиндрической оболочки:
t (4) где Рр расчетное давление, кг/см2;
σ 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 2πK Po(r2oLo+r21L1+2r22L2+4r23L3) (5) где К коэффициент запаса прочности.
Таким образом, соотношение веса резервуара и объема газа в нем составляет:
2K (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= πro2Lo. (7)
Физический объем резервуара традиционного типа (состоящего из одной оболочки), в котором хранится равное количество газа под давлением Ро, составляет величину:
Vтрез= π(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.
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.