Научная статья на тему 'Особенности теплового расчета резервуаров хранилища сжиженного газа как отдельных элементов и как теплообменной системы сложной структуры'

Особенности теплового расчета резервуаров хранилища сжиженного газа как отдельных элементов и как теплообменной системы сложной структуры Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
670
174
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
РЕЗЕРВУАРНЫЙ ПАРК / ТЕПЛООБМЕННАЯ СИСТЕМА / СЖИЖЕННЫЙ ГАЗ / РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ / THE TANK PARK / HEAT EXCHANGE SYSTEM / LIQUEFIED GAS / ECONOMY OF FUEL AND ENERGY

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Январев Игорь Анатольевич, Крупников Антон Владимирович

Решение задач энергои ресурсосбережения как для нефтедобывающих компаний, так и для предприятий, добывающих и транспортирующих природный газ, связано с развитием технологий сжиженного углеводородного газа. Повышение эффективности эксплуатации хранилищ сжиженных продуктов предполагает проведение соответствующего топологического и функционального анализа резервуарных парков в общем случае как теплообменных систем сложной структуры.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Features of thermal calculation of storage tanks of liquefied gas as separate elements and as heat exchange system with complex structure

The decision of problems economy of fuel and energy for the oil-extracting and gas companies it is connected to development of technologies of the liquefied petroleum gas. The increase of efficiency of operation of storehouses of the liquefied products assumes carrying out of the corresponding topological and functional analysis of tank Park as the heat exchange system of complex structure.

Текст научной работы на тему «Особенности теплового расчета резервуаров хранилища сжиженного газа как отдельных элементов и как теплообменной системы сложной структуры»

УДК 621.64+66.045

И. А. ЯНВАРЕВ А. В. КРУПНИКОВ

Омский государственный технический университет ОАО «Сибнефтетранспроект»

ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА РЕЗЕРВУАРОВ ХРАНИЛИЩА СЖИЖЕННОГО ГАЗА КАК ОТДЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И КАК ТЕПЛООБМЕННОЙ СИСТЕМЫ СЛОЖНОЙ СТРУКТУРЫ

Решение задач энерго- и ресурсосбережения как для нефтедобывающих компаний, так и для предприятий, добывающих и транспортирующих природный газ, связано с развитием технологий сжиженного углеводородного газа. Повышение эффективности эксплуатации хранилищ сжиженных продуктов предполагает проведение соответствующего топологического и функционального анализа резервуарных парков в общем случае как теплообменных систем сложной структуры.

Ключевые слова: резервуарный парк, теплообменная система, сжиженный газ, ресурсосбережение.

Развитие технологий производства, хранения и использования сжиженного природного газа (СПГ) связано с решением задач энергосбережения как для нефтедобывающих компаний (получение газоконденсата и газового топлива из попутного газа), так и для предприятий, добывающих и транспортирующих природный газ [1—3].

В то же время в мировой практике все более широко используются системы газоэнергоснабжения потребителей, промышленные объекты которых обеспечиваются смесями пропан-бутана (СПБ) смесями сжиженного углеводородного газа (СУГ) от резервуарных установок, хранилищ, являющихся элементами СПГ-технологий [4].

Повышение эффективности эксплуатации хранилищ СУГ, представляющих собой резервуарные парки (РП), требует в том числе сокращения потерь хранимых продуктов; снижения энергопотребления при эксплуатации (прием, хранение, откачка СУГ).

Это на системном уровне может быть реализовано, например, при помощи системы газовых обвязок (СГО), газоуравнительных систем (ГУС), изотермического хранения [3 — 6].

Рациональное применение данных системных средств предполагает проведение соответствующего анализа, в рамках которого необходимо:

— определить особенности структуры теплооб-менной системы, образованной парком резервуаров с учетом способа снижения потерь хранимых продуктов;

— выделить расчеты (в том числе тепловые) резервуарного парка, представляющего собой в общем случае теплообменные системы сложной структуры.

Это позволит определить значения важных эксплуатационных параметров:

— температура продукта в определенный момент времени в отдельном резервуаре или их группе для режимов приема, хранения и откачки-налива;

— температура продукта в определенный момент времени в отдельной цистерне или их группе для режима налива;

— время, за которое температура продукта достигнет заданного уровня,

а также получить ответы на ряд существенных вопросов, возникающих при проектировании:

— обеспечивается ли для заданного способа снижения потерь таранимых продуктов (теплооб-менной системы заданной структуры) тр ебуемый темперееурный режим Т™" Я Тп , (т)Я Т™" , / р ббУ , где Тп 1 (т) — температура продукта в Тей момент времени для г-го месяца эксплуатации; ТЛ™, Т;Лах — допустимые минимальные (для зимнего периода эксплуатации) и максимальные (для летнего периода эксплуатации) температуры продукта;

— удовлетворяют ли принятые проектные решения по теплообогреву и теплоизоляции резервуаров требуемому температурному диапазону для режимов приема, хранения и откачки-налива продукта.

Например, хранение СПБ в хранилище нефтебазы на станции Коротчаево предусматривается в шаровых резервуарах, которые можно разбить на три группы. Первая группа резервуаров осуществляет прием продукта(резервуар заполняется азотом,затем происходит прием продукта и вытеснение азота на факельную установку, наполнение резервуаров происходит последовательно).Вторая

Рис. 1. Хранилище СПБ с системой газовых обвязок: Р — резервуар, КС — конденсатосборник

а)

б)

Рис. 2. Хранилище СПБ с газоуравнительной системой (а) и дополнительно с системой компримирования легких фракций (б): Р — резервуар, КС — конденсатосборник, ГС — газосборник

душной смеси из заполняемых резервуаров переходить не в атмосферу, а в эти опорожняемые (или свободные) резервуары [6].

Более широкими возможностями обладают газоуравнительные системы (ГУС), включающие специальный газосборник (ГС) постоянного или переменного объема (ри с. 2а) для а и кумулирования части паровоздушной смеси при несовпадении операций закачки — выкачки [6], в том числе с использованием системы иомпримирования легких фракций (рис. 2б).

В рамкас тепсоиого анализа тепловой (температурный) к.п.д, у?р(т) отдельного полностью заполненного С И) Б ша°о вото рез ервуара (опечатанного и находящегося в режиме хранение) за время т является фуккцие6[ вяемени и выражает соотношение между фяктичежим переданным количеством теплоты ЧИ и тем максимально возможным количеством течигты гЧмлх, которое может быть передано от окрууающей среды (атмосферного воздуха) продукту Ич .ЯР 2ИАТМ, или от продукта окружающей среде Ис . (я) > Иош в ремгрвуаре с бесконечно большим знсчхнием со эффициевта теплопередачи k или бесконечяо Оольшой поверхностьютеплооб-мена F (или га бесконечнгс время).

УР(е)и

4 ГРкРЫсШЮ)-я

ЧМш F^-A Имлх{я)'т

Ме

mc с сб б0 с.

БИ-

и Я))

Жр

(1)

где ТСПБ Н, ТСПБ л ТАШ — начальная и конечная температура СПБ; ТАТМ — температур а атмосферного воздуха; М, с — масс а и теплоем кость СПБ.

Тогда при храненти продпкта в теаение единицы времени (например, в теченле часа) темпяратур-ный к.п.д. будет итсть конкретное оаачерие

УР(я и1)и .

г - И _

(2)

а коэффициент эфф октив-иста термостатирования резервуара

ЕИ=б1--р (ти 1) и

и [ --

, -и.

г -И.

(3)

Время тТ , необходимое для достижения температуры СПБ заданного значения Т = ТСПБ К (при заданных М, к, Я можно определить по выражению (4)

Рис. 3. Время хранения СПБ до заданной температуры для различных типов резервуаров при Т = 34°С

группа резервуаров работает в режиме хранения (резервуары опечатаны и проходят паспортизацию, сброс азота при изменении давления, температуры выполняется на свечу рассеивания).

Третья группа обеспечивает налив продукта в железнодорожные цистерны (откачка продукта из резервуара и заполнение его азотом).

Применение системы газовых обвязок (системы трубопроводов, объединяющих газовые пространства резервуаров с одинаковым продуктом хранения (рис. 1)) позволяет в рамках операции заполнения одних резервуаров (при совпадении по времени с опорожнением других) части паровоз-

М СПБ ССПБ ' (МСПИ Н М СПБ K )

F„ к р • ( МСПБ СР

-И )

^ лты !

(4)

Соответсовенно , для тем-ератуэыпродукта после т часов хранения

е)

(5)

На рис. 3 отражлоы рл зуиътаты расчетов времени хранения СПБ, лбеспечивающего заданную конечную температуру продукта ТСПБ К для различных типов р, езервуаров збъема 2000 м3 "(шаровой метал-лическиб неизолированныб наземный резервуар, шаровой металличесрий изолированный наземный резервуар, цилиндрический подземный резервуар)

T-T

± ГПК ТГ ± А ТА А

1

7

И = И

ПГТИ V ПГГИ Ь

7 А.

:-пвтр1

Рис. 4. Технологическая схема группы резервуаров, связанных ГУС

при максимальной температуре атмосферного воз-

ду*а ТАТМ =34 °С.

Для металлического неизолированного наземного резервуара коэффициент теплопередачи кр =25 кДж/(м2^°С), для металлического изолированного наземного резервуара кр =12,5 кДж/(м2^°С), для подземного резервуара кр =11,3 кДж/(м2^°С)[7].

При частичном заполнении шарового резервуара (режим приема или откачки) процессы испарения и конденсации хранимого продукта (в рамках «большого и малого дыхания», «обратного выдоха» и т.д.) становятся более существенными. Это связано с изменениями объема газового пространства (ГП), средней концентрации, температуры и давления газообразных углеводородов, что приводит к перетеканию последних в рамках систем СГО или ГУС в ГП других резервуаров или в мягкие резервуары-газгольдеры и требует соответствующего учета при тепловом расчете.

Для частично заполненного шарового резервуара или для группы резе рвуаров (ГР), связанных СГО или ГУС, тепловой анализ может быть про-ведез с учетом структуртых особенностей образо-ванной тзплхобментой системы с истольсованием соотзетхтвующей функцои оептоеой эффективто-сти ТС (или эффеотиононти тетмоссасирования) на базе элементарного тспзообменныт иимтем [8].

"А )=Т

j=i

(

iTOH TEH j )

л

(TOH TEH r )

K j N

(4

(6)

где °енг = bhO V°(t) = a(p°n,LOJN, j,O°N) —

функция venAOBoft pN^cLeicTHNно nth ТС одной из элементарных (перекрестная схема, с общим лупингом, с общим рециклом, с общим обращением основного потока) или произвольной схемы, приведенная к j-му элементу схемы; Л — алгоритмический оператор, определяющий порядок расчета произвольной ТС в соответствии с правилами следования и вложения; ТОН, ТВН — начальные температуры отдающей и воспринимающей тепло сред.

Этот анализ может быть также реализован и при помощи соответствующих программных средств. Технологическая схема для динамического расчета

группы резервуаров Р1—Р11 с учетом использования газоуравнительной системы отражена на рис. 4.

Библиографический список

1. Кириллов, Н. Г. Природный газ как энергетическое топливо: стратегия, использования и технологии сбережения / Н. Г. Кириллов // Нефтегазовые технологии. — 2002. — № 1. - С. 14-22.

2. Мартен, П. И. Новая концепция производства СПГ / П. И. Мартен, П. Бултан // Газовая промышленность. — 2005. — № 1. — С. 64 — 66.

3. Вешицкий, В. А. Изотермическое хранение сжиженных газов / В. А. Вешицкий. — Л. : Недра, 1970. — 190 с.

4. Вильямс, А. Ф. Сжиженные нефтяные газы / А. Ф. Ви-льямс, В. Л. Ломм. — 2-е изд., перераб. — М. : Недра, 1985. — 339 с.

5. Усачев, А. П. Повышение энергоэффективности и безопасности систем хранения и испарения сжиженного углеводородного газа / А. П. Усачев, А. Л. Шурайц, Т. А. Усачева // Энергосбережение 2008 : материалы VI Междунар. специали-зир. выставки. — Уфа : ГУП «ИПТЭР», 2008. — С. 24 — 26.

6. Коршак, А. А. Ресурсосберегающие методы и технологии при транспортировке и хранении нефти и нефтепродуктов. — Уфа : ДизайнПолиграфСервис, 2006. — 192 с.

7. Шалай, В. В. Проектирование и эксплуатация нефтебаз и АЗС : учеб. пособие / В. В. Шалай, Ю. П. Макушев. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2010. — 296 с.

8. Парфенов, В. П. Оценка тепловой эффективности те-плообменного оборудования при комбинированном охлаждении сжатых газов в компрессорных установках / В. П. Парфенов, И. А. Январев // Известия вузов. Машиностроение. — 1998. — № 1—3. — С. 62 — 67.

ЯНВАРЕВ Игорь Анатольевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Теплоэнергетика» Омского государственного технического университета.

КРУПНИКОВ Антон Владимирович, главный инженер ОАО «Сибнефтетранспроект», г. Омск. Адрес для переписки: iayanvarev@mail.ru

Статья поступила в редакцию 16.02.2016 г. © И. А. Январев, А. В. Крупников

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

р

о

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.