Хранение газа в газгольдерах. Газгольдерами называют сосуды большого объема, предназначенные для хранения газов под давлением
Газгольдерами называют сосуды большого объема, предназначенные для хранения газов под давлением. Различают газгольдеры низкого (4000 Па) и высокого (от 7*101 до 30* 101 Па) давления. В газгольдерах первого типа рабочий объем является переменным, а давление газа в процессе наполнения или опорожнения изменяется незначительно. Они бывают мокрые и сухие.
Рис. 16.1. График суточного потребления газа
| - среднесуточный расход газа; |
| - фактический расход газа; |
| |
| - избыток газа; |
| - нехватка газа; |
Рис. 16.2.Принципиальная схема газгольдеров низкого давления: а) мокрый; б) сухой;
1 - резервуар; 2 - колокол; 3 - ролики; 4 - газопровод; 5 - шайба; 6 - уплотнение; 7 - ограничитель хода.
Мокрые газгольдеры(рис. 16.2 а) состоят из двух основных частей - вертикального цилиндрического резервуара 1, заполненного водой (неподвижная часть) и колокола 2, помещенного внутри резервуара и представляющего собой цилиндр, открытый снизу и имеющий сферическую кровлю (подвижная часть). Для облегчения перемещения колокола служат ролики 3. Закачка и отбор газа осуществляются по газопроводу 4.
Принцип работы мокрого газгольдера следующий. При закачке газа в газгольдер давление под колоколом возрастает и вода частично вытесняется в кольцевое пространство между резервуаром и колоколом. Она играет роль гидравлического уплотнения. Как только давление газа превысит нагрузку, создаваемую массой колокола, последний начинает перемещаться вверх, освобождая объем для новых количеств газа. При опорожнении газгольдера давление газа под колоколом уменьшается и он опускается.
Для более полного использования объема колокола его высота должна быть равна высоте резервуара. У газгольдеров большого (свыше 6000 м!) объема подвижную часть разбивают на несколько звеньев, вкладывающихся друг в друга подобно телескопу. Чтобы избежать перекосов при перемещении подвижных частей, а также для восприятия горизонтальных нагрузок (например, ветровых) к резервуару крепят направляющие, по которым перемещаются ролики, закрепленные в верхней части колокола (на рисунке не показаны).
Сухие газгольдеры(рис. 16.2 б) состоят из вертикального корпуса цилиндрической или многогранной формы с днищем и кровлей, внутри которого находится подвижная шайба (поршень), снабженная специальным уплотнением. Принцип работы сухого газгольдера аналогичен работе паровой машины. Под давлением газа, подаваемого под шайбу, она поднимается вверх до определенного предела, а при отборе газа - опускается вниз, поддерживая своей массой постоянное давление в газгольдере. Сухие газгольдеры менее надежны, чем мокрые, но и менее металлоемки.
Недостатком газгольдеров низкого давления является то, что они обладают относительно низкой аккумулирующей способностью.
Газгольдеры высокого давленияимеют неизменный геометрический объем, но давление в них по мере наполнения или опорожнения изменяется. Хотя геометрический объем газгольдеров этого класса много меньше объема газгольдеров низкого давления, количество хранимого в них газа может быть значительным, благодаря высокому давлению. Так, если в мокром газгольдере объемом 100 м:( под давлением 4000 Па можно хранить 104 м3| газа, то в газгольдере с давлением 1,6 МПа того же геометрического объема - 1700 м3, т.е. почти в 17 раз больше.
Газгольдеры высокого давления бывают цилиндрические и сферические. Цилиндрические газгольдеры (рис. 16.3) имеют геометрический объем от 50 до 270 м3. Поскольку у всех них внутренний диаметр равен 3,2 м, то различаются они лишь длиной цилиндрической части - обечайки 1. С обеих сторон к обечайке приварены днища 2, имеющие вид полусферы. Для контроля за давлением газа в газгольдере используются манометры 3. Газгольдер устанавливается на фундамент 4 горизонтально, либо вертикально.
Цилиндрические газгольдеры рассчитаны на давление от 0,25 до 2 МПа. Толщина их стенки может достигать 30 мм.
Сферические газгольдеры в нашей стране имеют геометрический объем от 300 до 4000 м3 и толщину стенки от 12 до 34 мм. Сферическая форма сосуда для хранения газа под высоким давлением является наиболее выгодной по металлозатратам и общей стоимости. Монтируют сферические газгольдеры из отдельных лепестков, раскроенных в виде апельсиновых долек, а также из верхнего и нижнего днищ, имеющих форму шарового сегмента. Опоры газгольдеров выполняют в виде цилиндрического стакана из железобетона со стальным опорным кольцом или в виде стоек-колонн, прикрепленных к шару по экваториальной линии и связанных между собой системой растяжек.
Батареи стальных газгольдеров высокого давления (до 1,5 МПа) были применены в Москве с целью компенсации неравномерности потребления газа, поступавшего в относительно небольших количествах по газопроводу Саратов-Москва. Однако с развитием газопроводов и ростом объемов потребления газа потребовались газохранилища вместимостью в миллионы кубических метров. Обеспечить хранение таких количеств газа могли только подземные газохранилища.
Подземные газохранилища
Подземным газохранилищем (ПХГ) называется хранилище газа, созданное в горных породах.
Первое в мире ПХГ было сооружено на базе истощенного газового месторождения в провинции Онтарио (Канада) в 1915 г. В нашей стране первое подземное газохранилище - Башкатовское ПХГ на западе Оренбургской области - было введено в эксплуатацию в 1958 г.
Рис.16.3. Цилиндрические газгольдеры высокого давления: а) - горизонтальный; б) - вертикальный.
Различают два типа ПХГ: в искусственных выработках и в пористых пластах. Первый тип хранилищ получил ограниченное распространение. Так, в США по состоянию на 1.09.94 г. на них приходилось лишь 6 % из 371 ПХГ: 1 - в переоборудованной угольной шахте и 21 - в отложениях каменной соли. Остальные 349 ПХГ относятся к хранилищам второго типа: из них 305 размещены в отработанных нефтяных и газовых месторождениях, а 44 - в водоносных пластах.
Широкое использование хранилищ в истощенных нефтегазовых месторождениях объясняется минимальными дополнительными затратами на оборудование ПХГ, поскольку саму ловушку с проницаемым пластом природа уже «изготовила».
Принципиальная схема подземного газохранилища приведена на рис. 16.4.
Газ из магистрального газопровода 1 по газопроводу-отводу 2 поступает на компрессорную станцию 4, предварительно пройдя очистку в пылеуловителях 3. Сжатый и нагревшийся при комприми-ровании газ очищается от масла в сепараторах 5, охлаждается в градирне (или АВО) 6 и через маслоотделители 7 поступает на газораспределительный пункт (ГРП) 8. На ГРП осуществляется распределение газа по скважинам.
Давление закачиваемого в подземное хранилище газа достигает 15 МПа. Для закачки, как правило, используются газом ото-копрессоры.
При отборе газа из хранилища его дросселируют на ГРП 8, производят очистку и осушку газа в аппаратах 9, 10, а затем после замера количества расходомером 11 возвращают в магистральный газопровод 1. Если давление газа в подземном хранилище недостаточно высоко, его предварительно компримируют и охлаждают (на рис. 16.4 не показано).
Очистка газа от пыли, окалины и частиц масла перед его закачкой в хранилище имеет очень большое значение, т.к. в противном случае засоряется призабойная зона и уменьшается приемистость скважин.
Оптимальная глубина, на которой создаются подземные газохранилища, составляет от 500 до 800 м. Это связано с тем, что с увеличением глубины возрастают затраты на обустройство скважин. С другой стороны, глубина не должна быть слишком малой, т.к. в хранилище создаются достаточно высокие давления.
Подземное хранилище заполняют газом несколько лет, закачивая каждый сезон несколько больший объем газа, чем тот, который отбирается.
Рис. 16.4. Принципиальная схема наземных сооружений ПХГ:
I - магистральный газопровод; 2 - газопровод-отвод; 3,9 - пылеуловители; 4 - компрессорная станция; 5 - сепаратор; 6 - холодильник (градирня); 7 - маслоотделитель; 8 - газораспределительный пункт; 10 - установка осушки газа; 11 - расходомер
Общий объем газа в хранилище складывается из двух составляющих: активной и буферной. Буферный объем обеспечивает минимально необходимое заполнение хранилища, а активный - это тот объем газа, которым можно оперировать.
По состоянию на 1.09.94 г. общий объем природного газа в ПХГ США превысил 206 млрд. м3, из которых 86,9 млрд. м3 (42,3 %) составляет активный газ и 119,1 млрд. м3 - буферный. Общий максимальный темп закачки в ПХГ США составляет 865 млн. м:!/сут, а отбора - 1900 млн. м3/сут.
В России в 1995 г. объем активного газа в ПХГ составлял около 45 млрд. м3. По прогнозам к 2000 г. он достигает 50...55 млрд. м!, а к 2010г. -70...75 млрд. м3.