CC BY
55
УДК 62-133.26
https://doi.org/10.24411/0131-4270-2019-10402
ГАЗОУРАВНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ РЕЗЕРВУАРОВ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА
GAS CONTROL SYSTEM FOR TANKS OF LIQUEFIED NATURAL GAS
Т.Р. Мустафин, Р.Р. Гильмутдинов
Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, Россия E-mail: [email protected] E-mail: [email protected]
Резюме: В работе приводятся результаты исследований по изучению способов борьбы со стратификацией сжиженного природного газа (СПГ), на основании которых предлагается использование газоуравнительной системы для компенсации давления в резервуаре, которое возникает при смешивании СПГ разной температуры.
Ключевые слова: сжиженный природный газ, эжектор, резервуар, газоуравнительная система, стратификация, сепаратор.
Для цитирования: Мустафин Т.Р., Гильмутдинов Р.Р. Газоуравнительная система для резервуаров сжиженного природного газа // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2019. № 4. С. 11-13.
DOI: 10.24411/0131-4270-2019-10402
Timur R. Mustafin, Rishat R. Gilmutdinov
Ufa State Petroleum Technological University, 450062, Ufa, Russia E-mail: [email protected] E-mail: [email protected]
Abstract: The paper presents the results of research on the methods of combating stratification of liquefied natural gas (LNG), on the basis of which it is proposed to use a gas control system to compensate for the pressure in the tank, which arises when mixing LNG at different temperatures.
Keywords: liquefied natural gas, ejector, tank, gas control system, stratification, sep-arator.
For citation: Mustafin T.R., Gilmutdinov R.R. GAS CONTROL SYSTEM FOR TANKS OF LIQUEFIED NATURAL GAS. Transport and Storage of Oil Products and Hydrocarbons. 2019, no. 4, pp. 11-13.
DOI: 10.24411/0131-4270-2019-10402
В настоящее время рынок сжиженного природного газа (СПГ) растет. Как ожидается, до 2020 года продажи СПГ будут расти на 7% в год. По данным банка Jefferies, за прошедшее десятилетие спрос на этот вид топлива вырос вдвое. В консалтинговой компании Eurasia Group считают, что мощности по производству СПГ вырастут с 372,5 млрд до 705 млрд м3 в год [1].
Ввиду заинтересованности России в наращивании мощностей по производству СПГ возникают все новые задачи при проектировании заводов по сжижению.
Так, специфической опасностью, характерной только для резервуаров СПГ, является возможная потеря устойчивости при воздействии нагрузок от разделения слоев и их последующего самопроизвольного перемешивания, сопровождающегося бурным вскипанием СПГ (ролловер). Данное явление идентифицировано после реального случая возникновения ролловера в 1971 году в г. Специя (Италия) [2].
Анализ данных свидетельствует, что возможность образования ролловера необходимо учитывать на стадии проектирования с целью обеспечения безаварийной эксплуатации изотермических резервуаров [3].
Был проведен анализ существующих методов борьбы со стратификацией СПГ. Результаты представлены ниже [4].
Известен способ обеспечения снижения давления в резервуаре сжиженного природного газа (СП 240.1311500.2015. Хранилища сжиженного природного газа. Требования пожарной безопасности), который включает две независимые автоматические разгрузочные системы: закрытую систему газосброса через регулировочные клапаны для сжигания на факеле и систему газосброса
через предохранительные клапаны на свечу рассеивания непосредственно в атмосферу.
Недостатком данного способа являются существенные потери сжиженного природного газа ввиду несовершенства схемы, не предусматривающей газоуравнительную систему в технологической обвязке резервуара.
Известен способ борьбы со стратификацией СПГ - газоуравнительной системой (Патент РФ № 2677022, опубл. 15.01.2019 г.), который включает газожидкостный эжектор, сепаратор, линию подготовки СПГ.
Недостатком данного способа является отбор СПГ непосредственно из резервуара, что приводит к большему объему газообразной фазы на выходе из эжектора и, следовательно, повышенной температуре жидкой фазы.
Для обеспечения температурного баланса предлагается использовать систему, состоящую из резервуара-сепаратора, газовой обвязки, газожидкостного эжектора и средств измерений для безрасходной утилизации паров СПГ. Это является актуальным для терминалов, на которых осуществляется прием СПГ (рис. 1).
При хранении топлива возможно аварийное или периодическое повышение избыточного давления выше номинального. Тогда производится сброс избытка паров СПГ по линии 2 из резервуара 1 для снижения давления. Для обеспечения откачки избытка топлива в технологическую обвязку резервуара СПГ включается жидкостно-газовый эжектор 3 таким образом, что жидкая фаза, проходящая через линии отбора 7 от основного трубопровода заполнения резервуара 6, устремляется в смесительную камеру устройства эжектора. За счет высоконапорного потока
4 • 2019
11
данной жидкой фазы, по линии подвода 2 паровая фаза СПГ поступает также в эжектор 3. Двухфазный поток, пройдя жидкостно-газовый эжектор, подается в сепарационную емкость 4 по линии подвода двухфазного потока 9, где разделяется на две фазы: газовую и жидкую. После чего газовая фаза используется в качестве технологических нужд резерву-арного парка, направляясь по трубопроводу-отводу газовой фазы 5, а СПГ, при соответствии с требуемыми параметрами давления и температуры системы, контролируемые манометром 12 и термометром 11,транспортируется обратно в резервуар 1 СПГ по трубопроводу-отводу 10 СПГ, при несоответствии - направляется по обводному трубопроводу 8 в эжектор 3. Откачка избытка топлива сопровождается уменьшением объема в резервуаре 1 СПГ, что приводит к снижению давления в нем.
Технический результат достигается тем, что снижение давления в резервуаре производится при отборе СПГ и избытке паров жидкостно-га-зовым эжектором (ЖГЭ), в камере которого производится смешение фаз, после чего двухфазный поток направляется в сепаратор по линии подвода двухфазного потока, где разделяется на фазы. Газовая направляется для технологических нужд резервуарного парка, а жидкая при соответствии технических характеристик топлива - обратно в хранилище.
Выбор аэродинамической схемы эжектора зависит от наиболее эффективных показателей коэффициента полезного действия (КПД), коэффициента эжекции и приведенной мощности.
Расчет определяющих показателей работы ЖГЭ необходимо производить по следующим формулам [5]:
- коэффициент полезного действия:
I Рис. 1. Газоуравнительная система для резервуаров сжиженного природного газа [СПГ]
Таблица 1
Характеристики аэродинамических схем эжекторов
родинами-ой схемы ЖГЭ тах итах Оптимальный режим Предельный режим Срывной режим
0 ^ ас 1 9 1— аопт Вопт а„„ пр Впр пр а„„ ср Вср ср
№ 1 0,373 2,9 0,509 0,408 0,013 0,426 0,535 0,401
№ 2 0,337 5,5 0,287 0,231 0,027 0,301 0,307 0,208
№ 3 0,26 5,5 0,311 0,300 0,029 0,393 0,621 0,095
№ 4
0,218
8,4
0,241
0,248
0,021
0,296
0,255
0,223
коэффициент, зависящий от типа аэродинамической схемы [6]; Р - приведенное давление рабочей жидкости;
- мощность, затрачиваемая на компримирование при работе эжектора, с точностью до КПД насоса, МВт:
N = Р„ • О.
(3)
Л =
О -Р
цж гж
Ог -(Рг-Рс,
Р
- приведенная мощность, рование:
затрачиваемая на комприми-
N
(1)
Ог -(Рг-Рз.
(4)
где Рж - абсолютное давление СПГ на входе в эжектор, МПа; Рг - давление пара на входе в эжектор, МПа; Рсм -давление смеси на выходе из ЖГЭ, МПа; Ог - расход рабочего потока газа, м3/ед; Ож - расход рабочего потока жидкости, м3/ед.
- коэффициент эжекции (внутренний коэффициент объемного расхода):
1-ехр(-В0ТП-4Р-й)], (2)
где итах - максимальный коэффициент эжекции, зависящий от типа аэродинамической схемы [6]; ВопТ - эмпирический
Расчеты проводились для смеси согласно ГОСТ Р 568512016, в котором приведены термодинамические свойства СПГ для различных составов смеси.
Основные аэродинамические схемы эжекторов приведены в [7]. Наиболее высокие показатели эффективности обеспечивает первый тип аэродинамической схемы устройства. Величины эмпирических коэффициентов для различных аэродинамических схем представлены в табл. 1 [7].
Данная газоуравнительная система резервуара СПГ позволяет сократить потери криогенного топлива путем отбора избытка паровой фазы жидкостно-газовым эжектором с конструктивными параметрами, обеспечивающими КПД устройства 18% и мощность 0,0176 МВт.
12
ТРАНСПОРТ И ХРАНЕНИЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ И УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Рачевский Б.С. Сжиженные углеводородные газы. М.: Нефть и газ, 2009. 640 с.
2. Сжиженный природный газ: Технико-экономическая характеристика систем СПГ. URL: http://lngas.ru/analytics-lng/texniko-ekonomicheskaya-xarakteristika-sistem-spg.html (дата обращения 24.01.2019)
3. Лазарев Л.Я. Сжиженный природный газ - топливо и энергоноси-тель. М.: ЭКИП, 2006. 205 с.
4. Мещерин И.В, Журавлев Д.В. Сравнительный анализ процессов сжижения природного газа // Газовая промышленность. 2008. № 1 (614). С. 90-93.
5. Донец К.Г. Гидроприводные струйные компрессорные установки. М.: Недра, 1990. 174 с.
6. Городивский А.В. Повышение эффективности насосно-эжекторных установок для утилизации нефтяных газов: дис. канд. техн. наук: 05.04.07. Ивано-Франковск, 1986. 291 с.
7. Морозова Н.В., Коршак А.А. Универсальные характеристики жид-костно-газовых эжекторов // Нефтегазовое дело. 2013. № 6. С. 368-383.
REFERENCES
, 2009.
1. Rachevskiy B.S. Szhizhennyye uglevodorodnyye gazy [Liquefied petroleum gases]. Moscow, Neft' i gaz Publ., 640 p.
2. Szhizhennyyprirodnyygaz: Tekhniko-ekonomicheskaya kharakteristika sistem SPG (Liquefied natural gas: Technical and economic characteristics of LNG systems) Available at: http://lngas.ru/analytics-lng/texniko-ekonomicheskaya-xarakteristika-sistem-spg.html (accessed 24 January 2019)
3. Lazarev L.YA. Szhizhennyy prirodnyy gaz - toplivo i energonosi-tel' [Liquefied natural gas is fuel and energy]. Moscow, NPKF «EKIP» Publ., 2006. 205 p.
4. Meshcherin I.V, Zhuravlev D.V. Comparative analysis of natural gas liquefac-tion processes. Gazovaya promyshlennost', 2008, no. 1 (614), pp. 90-93 (In Russian).
5. Donets K.G. Gidroprivodnyye struynyye kompressornyye ustanovki[Hydraulic jet compressor units]. Moscow, Nedra Publ., 1990. 174 p.
6. Gorodivskiy A.V. Povysheniye effektivnosti nasosno-ezhektornykh ustanovok dlya utilizatsii neftyanykh gazov. Diss. kand. tekhn. nauk [Improving the effi-ciency of pumping-ejector installations for the utilization of oil gases. Cand. tech. sci. diss.]. Ivano-Frankovsk, 1986. 291 p.
7. Morozova N.V., Korshak A.A. Universal characteristics for liquid and gas ejectors. Neftegazovoye delo, 2013, no. 6, pp. 368-383 (In Russian).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Мустафин Тимур Раилевич, к.т.н., доцент кафедры сооружения и ремонта газонефтепроводов и газонефтехранилищ, Уфимский государственный нефтяной технический университет. Гильмутдинов Ришат Ринатович, магистрант, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Timur R. Mustafin, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of
Construction and Repair of Oil and Gas Pipelines and Gas and Oil Storage
Facilities, Ufa State Petroleum Technological University.
Rishat R. Gilmutdinov, Undergraduate, Ufa State Petroleum Technological
University.
