CC BY
46
УДК 62-133.26
https://doi.org/10.24411/0131-4270-2019-10605
СИСТЕМА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО СМЕШИВАНИЯ И ПЕРЕМЕШИВАНИЯ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА
PRE-MIXING AND MIXING SYSTEM 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 предотвращения стратификации сжиженного природного газа путем предварительного перемешивания, на основании которых предлагается система для предотвращения ролловера, возникающего при заполнении резервуаров сжиженного природного газа с различными температурой и плотностью.
Ключевые слова: сжиженный природный газ, эжектор, резервуар, барботажный статический смеситель, стратификация СПГ.
Для цитирования: Мустафин Т.Р., Гильмутдинов Р.Р. Система предварительного смешивания и перемешивания сжиженного природного газа // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2019. № 5-6. С. 27-29.
DOI: 10.24411/0131-4270-2019-10605
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 studies on methods to prevent stratification of liquefied natural gas (LNG) by pre-mixing, on the basis of which a system is proposed to prevent rollover that occurs when filling tanks of liquefied natural gas with excellent temperature and density.
Keywords: liquefied natural gas, ejector, reservoir, static bubbler, LNG stratification.
For citation: Mustafin T.R., Gilmutdinov R.R. PRE-MIXING AND MIXING SYSTEM OF LIQUEFIED NATURAL GAS. Transport and Storage of Oil Products and Hydrocarbons. 2019, no. 4, pp. 27-29.
DOI: 10.24411/0131-4270-2019-10605
В настоящее время рынок сжиженного природного газа (СПГ) переживает кризис, это вызвано увеличением предложений от стран - экспортеров криогенной жидкости. Как ожидается, до 2022 года ситуация на рынке стабилизируется, продажи СПГ снова будут расти. В консалтинговой компании Eurasia Group считают, что мощности по производству СПГ вырастут с 372,5 до 705 млрд м3 в год [1].
Одними из основных объектов системы сжижения газа являются изотермические резервуары (ИР), на которые приходятся около 50% капитальных затрат при строительстве. Поэтому безопасность изотермических резервуаров -важный аспект эксплуатации.
В процессе эксплуатации велика вероятность возникновения ролловера, непосредственно влияющего на безопасность ИР. Указанное явление может возникать в резервуарах для хранения СПГ при наличии двух устойчиво стратифицированных слоев или зон, что происходит, как правило, в результате недостаточного смешивания жидкостей при добавлении свежего СПГ к остаткам сжиженного газа в емкости, отличающегося от него по плотности.
В локальном объеме плотность жидкости равномерна, но в нижней части резервуара содержится жидкость, которая является более плотной, чем жидкость в верхней части. Впоследствии из-за притоков тепла в емкость, тепло- и массообмена между различными слоями жидкости и испарения жидкости с поверхности плотность СПГ в различных слоях (зонах) выравнивается и в конечном счете, происходит перемешивание.
Данное самопроизвольное перемешивание называется «ролловер», и если жидкость в нижней части емкости перегрета относительно давления насыщения паровой фазы в емкости СПГ, то происходит увеличение выделения паров СПГ. Иногда указанное выделение паров является весьма быстрым и масштабным. В некоторых случаях повышение давления в емкости бывает достаточным, чтобы вызвать срабатывание клапанов сброса избыточного давления [2]. При этом происходит воздействие нагрузок на внутренний резервуар, что приводит к негативному воздействие на металл и конструкцию в целом. Если есть основания полагать, что это происходит, необходимо стремиться обеспечить циркуляцию жидкости в емкости для смешения ее различных слоев.
Был проведен анализ существующих методов борьбы со стратификацией СПГ, условно их можно разделить на две группы:
- методы борьбы со стратификацией СПГ на этапе протекания процесса;
- методы предотвращения стратификации СПГ.
Результаты анализа методов борьбы со стратификацией
СПГ на этапе протекания процесса (1-я группа) представлены авторами в [3].
Кроме того, в работе предлагалась схема утилизации паров природного газа. Технический результат в предложенной схеме достигается путем снижения давления в резервуаре при отборе избытка паров жидкостно-газовым эжектором, в камере которого производится смешение фаз, после
I
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 направляется обратно в хранилище.
Для обеспечения температурного баланса предлагалось использовать систему, состоящую из резервуара-сепаратора, газовой обвязки, газожидкостного эжектора и средств измерений для безрасходной утилизации паров СПГ.
Анализ технических решений для предотвращения стратификации СПГ (2-я группа) представлен ниже (рис. 1).
Оснащение ИР системой рециркуляции происходит с использованием загрузочных насосов или специально предназначенных насосов [4]. Согласно [5], изотермический резервуар СПГ должен быть оборудован установленными внутри резервуара колоннами для погружных вертикальных насосов герметичного типа, предназначенных для отгрузки СПГ из резервуара. Установка дополнительных насосов повлечет повышение нагрузки на кровлю ИР, затраты на обслуживание, а также увеличение количества работ повышенной опасности при их извлечении для проведения регламентного обслуживания. Недостатком является то, что данный насос - это сложное техническое устройство, которое требует периодического обслуживания, кроме того, формируются затраты на создание механической энергии для извлечения жидкости из резервуара.
Перемешивание после заполнения с использованием барботажа [4]
Ранее существовавшая французская газовая компания Gaz de France (GDF) в содружестве с Air Liquide проводила исследования перемешивания СПГ с помощью газовых струй, вводимых через нижний распределительный коллектор. Эксперименты проводились на опытной базе СПГ в г. Нанте (Франция) на резервуаре объемом 2000 м3. Было установлено, что пузырьки природного газа и в меньшей степени азота растворяются в СПГ уже через несколько метров при движении вверх от места впрыска. Эффективным оказалось также применение гелия и водорода.
Рис. 1. Технологическая схема загрузки резервуара, минимизирующая вероятность расслоения
Рис. 2. Схема предотвращении стратификации СПГ: 1 - линия отбора СПГ из ИР; 2 - линия смешивания СПГ; 3 - регулирующее устройство; 4 - линия наполнения ИР; 5 - жидкостный эжектор; 6 - изотермический резервуар; 7 - трубопровод эжектируемого СПГ; 8 - предохранительный клапан; 9 - линия подачи газовой фазы; 10 - кольцевой коллектор; 11 - струи газа; 12 - узел замера параметров
В качестве источника газа предполагается использовать отдельно установленный регенератор гелия, водорода и природного газа, что влечет к возникновению капитальных затрат.
28
ТРАНСПОРТ И ХРАНЕНИЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ И УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ
В данной статье предлагается усовершенствованная схема предотвращения возникновения стратификации, а также использование избыточного давления для перемешивания жидкости в резервуаре.
При повышении давления целесообразно использовать избыточное давление в качестве источника газа для бар-ботажного статического смесителя, поэтому предлагается использовать в качестве источника газа испарившуюся фазу СПГ (рис. 2). Для реализации необходимо монтировать трубопровод 9 с клапаном 8, настроенным на давление исходя из расчета, в зависимости от факторов, указанных в [7], а также смонтировать перфорированный кольцевой коллектор 10 на уровне первого пояса резервуара (до 0,3 м). Данное решение поспособствует движению жидкости и соответственно перемешиванию СПГ с разной плотностью и температурой путем выхода природного газа 11, что, в свою очередь, предотвратит возникновение нежелательных напряжений в ИР и образование взрывоопасной газовоздушной среды.
Второй особенностью данной схемы является смешивание поступающего и слежавшегося СПГ непосредственно в процессе загрузки ИР. Реализуется с помощью жидкостного эжектора 5, в котором эжектирующая жидкость - это новый СПГ, поступающий по трубопроводу 7, а эжектиру-емая - слежавшийся, отбор которого осуществляется по трубопроводу 1. В результате после конфузора в камере струйного аппарата и трубопроводе 2 происходит смешение жидкостей с различными плотностями и температурой. Их измерение осуществляется в узле замера параметров, сигналы из которого подаются на регулирующее устройство 3 за счет турбулентного течения жидкости, соответственно, разность параметров СПГ при поступлении в резервуар по трубопроводу 4 значительно ниже.
Предлагаемая альтернативная система (см. рис. 2), позволяющая предотвратить возникновение ролловера, а также утилизировать избыточное давление при протекании данного процесса, актуальна при ее реализации на пунктах приема СПГ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. В Австралии лопнул «газовый пузырь», и это лишь начало. Что грозит России. URL: https://ria. ru/20191119/1561069467.html (дата обращения 20.11.2019).
2. Рачевский Б.С. Сжиженные углеводородные газы. М.: Нефть и газ, 2009. 640 с.
3. 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.
4. Рахманин А.И. Обеспечение безопасности резервуаров для хранения сжиженного природного газа с учетом негативных эксплуатационных факторов: дис. канд. техн. наук: 05.26.02. М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2014. 137 с.
5. Приказ Ростехнадзора от 26.11.2018 № 588 Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила безопасности объектов сжиженного природного газа». URL: https://legalacts. ru/doc/prikaz-rostekhnadzora-ot-26112018-n-588-ob-utverzhdenii-federalnykh/ (дата обращения 29.11.2019).
6. РД 03-410-01 Инструкция по проведению комплексного технического освидетельствования изотермических резервуаров сжиженных газов. uRL: http://docs.cntd.ru/document/1200026047 (дата обращения 18.11.2019).
7. ВНТП 51-1-88 Ведомственные нормы на проектирование установок по производству и хранению сжиженного природного газа, изотермических хранилищ и газозаправочных станций URL: https://meganorm.ru/ Data2/1/4294847/4294847300.htm#i716668 (дата обращения 30.11.2019).
REFERENCES
1. VAvstralii lopnul «gazovyy puzyr'», i eto lish' nachalo. Chto grozit Rossii (In Australia, a "gas bubble" burst, and this is only the beginning. What threatens Russia) Available at: https://ria.ru/20191119/1561069467.html (accessed 20 November 2019).
2. Rachevskiy B.S. Szhizhennyyeuglevodorodnyyegazy[Liquefied petroleum gases]. Moscow, Neft' i Gaz Publ., 2009. 640 p.
3. Mustafin T.R., Gil'mutdinov R.R. Gas equalization system for reservoirs of liquefied natural gas. Transportikhraneniye nefteproduktov i uglevodorodnogo syr'ya, 2019, no. 4, pp. 11-13 (In Russian).
4. Rakhmanin A.I. Obespecheniye bezopasnostirezervuarovdlya khraneniya szhizhennogoprirodnogogazas uchetom negativnykh ekspluatatsionnykh fakto-rov. Diss. kand. tekh. nauk [Ensuring the safety of storage tanks for liquefied natural gas, taking into account negative operational factors. Cand. tech. sci. diss.]. Moscow, 2014. 137 p.
5. Prikaz Rostekhnadzora ot 26.11.2018 № 588 Ob utverzhdenii Federal'nykh norm i pravil v oblasti promyshlennoy bezopasnosti «Pravila bezopasnosti oti'yektov szhizhennogo prirodnogo gaza» (Order of Rostekhnadzor dated November 26, 2018 No. 588 On approval of the Federal norms and rules in the field of industrial safety "safety rules for liquefied natural gas facilities") Available at: https://legalacts.ru/doc/prikaz-rostekhnadzora-ot-26112018-n-588-ob-utverzhdenii-federalnykh/ (accessed 29 November 2019).
6. RD 03-410-01 Instruktsiya po provedeniyu kompleksnogo tekhnicheskogo osvidetel'stvovaniya izotermicheskikh rezervuarov szhizhennykh gazov (RD 03-410-01 Instruction for a comprehensive technical survey of isothermal tanks of liquefied gases) Available at: http://docs.cntd.ru/document/1200026047 (accessed 18 November 2019).
7. VNTP 51-1-88 Vedomstvennyye normy na proyektirovaniye ustanovok po proizvodstvu i khraneniyu szhizhennogo prirodnogo gaza, izotermicheskikh khranilishch i gazozapravochnykh stantsiy (VNTP 51-1-88 Departmental standards for the design of plants for the production and storage of liquefied natural gas, isothermal storages and gas stations) Available at: https://meganorm.ru/Data2/1/4294847/4294847300.htm#i716668 (accessed 30 November 2019).
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.
