6. Хранилища природного газа и газозаправочные станции

6.1. Методы компенсации колебаний расхода газа

Потребление газа бытовыми, коммунальными и промышленными потребителями носит неравномерный характер. Принята следующая классификация колебаний расхода газа [8]:

• сезонные  по месяцам года;

• внутримесячные в рабочие сутки месяца;

• внутринедельные по дням недели;

• внутрисуточные по часам суток.

Сезонные колебания потребления газа вызываются следующими причинами:

• в зимнее время увеличивается расход газа на отопительные нужды;

• большая сезонная неравномерность наблюдается у коммунально-бытовых потребителей;

• резко возрастает в зимнее время потребление газа на ТЭЦ;

• промышленные предприятия расходуют газ не только на технологические нужды, но также на отопление, вентиляцию и коммунальные нужды.

Внутримесячные и внутринедельные колебания расхода газа происходят из-за изменения потребления газа в воскресенье, праздничные дни, а также из-за изменения расхода газа на отопительные нужды. Внутрисуточные колебания расхода газа вызываются: а) уменьшением потребления газа на бытовые нужды в ночное время, б) значительным сокращением потребления газа на промышленные нужды, поскольку большинство предприятий работают в одну-две смены; в) неравномерностью потребления газа электростанциями в течение суток.

Существует несколько способов покрытия пика неравномерности потребления:

• подземное хранение газа;

• использование буферных потребителей;

• использование баз сжиженного газа (пропана и бутана) для получения пропан-воздушной смеси в часы пик;

• использование баз сжиженного природного газа (метана);

• создание резерва производительности магистральных газопроводов и газовых промыслов;

• использование аккумулирующей емкости последних участков магистральных газопроводов;

• хранение газа в трубах под высоким давлением;

• хранение газа в газгольдерных станциях.

Для каждого из этих способов имеется определенная область, в которой применение его наиболее эффективно.

Также могут использоваться буферные потребители, котельные, которые должны быть рассчитаны на работу на двух видах топлива и быстрый переход с одного вида топлива на другой.

Покрытие сезонной, внутримесячной и внутринедельной неравномерности потребления может осуществляться с помощью подземных хранилищ и крупных буферных предприятий.

Для подземных газохранилищ обычно используется истощенные газовые и нефтяные месторождения. Вблизи большинства крупных городов нет истощенных газовых и нефтяных месторождений. Поэтому для хранения около городов используются водоносные пласты.

6.2. Газгольдеры

Газгольдеры являются сложными инженерными сооружениями, снабженными специальными устройствами для регулирования основных параметров хранимых газов (количества, агрегатного состояния, давления, температуры, состава и др.). [8]

Газгольдеры могут выполнять одну или несколько функций. Основными из них являются: длительное или кратковременное хранение газа; смешение и перемешивание газов различных составов или одного газа различных концентраций; распределение газа по потребителям; выравнивание давления газа в замкнутой газораспределительной системе и др.

При выборе типа газгольдера необходимо учитывать агрегатное состояние хранимого продукта, а также его назначение (сырье, полупродукт, конечный продукт, топливо и др.). При сравнении вариантов хранения руководствуются достижением минимальных приведенных затрат (учитывающих капитальные затраты и эксплуатационные расходы, металлоемкость, энергозатраты и т. д.), а также правилами пожаро- и взрывобезопасности.

Хранение несжиженного газа осуществляется в резервуарах, рассчитанных на различные давления, определяемые технологическими условиями процесса. Хранение сжиженного газа может осуществляться в сосудах под давлением (как правило, соответствующим давлению насыщенных паров продукта при максимальной температуре окружающей среды); в изотермических сосудах при температуре, не выше заданной, и давлении, соответствующему данной температуре; в низкотемпературных изотермических сосудах  резервуарах при температуре, исключающей испарение сжиженного газа.

В зависимости от рабочего давления газгольдеры подразделяются на два класса: низкого давления (рабочее давление 1,74,0 кПа) и высокого давления (рабочее давление 703000 кПа и выше).

Принципиальное различие между газгольдерами низкого и высокого давления заключается в том, что рабочий объем первых является переменным, а давление газа в процессе наполнения или опорожнения остается неизменным или изменяется очень значительно, тогда как геометрический объем газгольдеров высокого давления остается постоянным, а давление при наполнении изменяется от первоначального до рабочего в заранее заданных пределах, определяемых параметрами технологического процесса, а также прочностью и надежностью сооружения.

Изометрические газгольдеры по принципу работы можно отнести к газгольдерам высокого давления, хотя их рабочее давление может колебаться от нескольких килопаскалей до нескольких сотен килопаскалей и зависит от максимально допустимой температуры хранения продукта в сосуде.

Газгольдеры низкого давления в соответствии с технологическими и конструктивными особенностями можно разделить на две группы: мокрые с вертикальными направляющими (рис. 6.1, а) и сухие поршневого типа (рис. 6.1, б) либо с гибкой секцией (мембраной)  рис. 6.1, в. Мокрые газгольдеры работают при постоянном давлении и переменном объеме. Газгольдеры постоянного объема могут быть цилиндрическими, вертикальными и горизонтальными (рис. 6.1, г и 6.1, д), а также сферическими (рис. 6.1, е).

Газгольдеры высокого давления  горизонтальные, цилиндрические и сферические (шаровые)  широко применяются для хранения газов и особенно сжиженных углеводородных газов