Способ хранения природного газа и устройство для его осуществления

Изобретение относится к газовой промышленности, в частности к технике хранения природного газа для удовлетворения пиковых потребностей в газе. Из листового армированного полиэтилена толщиной 0,3-0,5 мм изготавливают герметичный чулок диаметром 10-12 метров и длиной 400-600 метров. На одном из концов чулка устанавливают армированный шланг высокого давления. Опускают сплюснутый чулок на дно моря или озера до 2-4 километров, прокладывая шланг высокого давления по дну до береговой или плавучей станции. Накрывают чулок тросовой сеткой, а с боков отсыпают гранитные камни для уравновешивания архимедовой силы. Закачивают в «чулок» газ под давлением 200-400 атм, превращая его в цилиндрическую емкость - хранилище объемом 30-60 тысяч кубических метров. При этом обрамляют емкость тросовой сеткой, удерживающей емкость от всплытия. Потребляют газ из хранилища путем его естественного выдавливания на поверхность донным давлением воды. Устройство для хранения природного газа состоит из станции компримирования и перекачки, трубопровода высокого давления, эластичной емкости, тросовой сетки и гранитного балласта. Станция компримирования установлена на берегу или наплаву моря или озера и связана по дну трубопроводом высокого давления с расположенной на глубине 2-4 тысячи метров эластичной емкостью-хранилищем, обрамленной тросовой сеткой. Использование изобретения позволит хранить сжатый до 400 атм. газ в модульных тонкостенных емкостях. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к газовой промышленности, в частности к технике хранения природного газа для удовлетворения пиковых потребностей в газе.

Пиковые потребности, например, в России составляют 60-70 млрд. м³ в год. Обеспечение таких потребностей резким увеличением добычи газа сопряжено с огромными трудностями, связанными с увеличением мощности газодобывающего и газопроводного оборудования.

Вместе с тем, в летние месяцы, когда потребление газа уменьшается, можно было бы часть выработки закачивать в подземные хранилища газа (ПХГ). Так это и делается.

Сегодня в России из ПГХ используется около 30% всего добываемого газа. Все это говорит о крайней необходимости развивать технику хранения природного газа.

Пиковые потребности в газовом топливе возникают по следующим основным причинам:

- сезонная неравномерность потребления газа;

- аномально холодные зимы;

- аварийные ситуации на газопроводах;

- обеспечение надежности экспортных поставок;

- задержка ввода новых мощностей.

Известны три способа хранения газа:

1. Хранение в сжатом состоянии

а) в баллонах высокого давления (до 250 атм).

Недостаток: для больших хранилищ нецелесообразно из-за сложности, громоздкости и взрывоопасности.

б) в ПХГ (водоносные структуры, в истощенных газовых и газоконденсатных месторождениях, в соляных кавернах, в пористых слоях песчаника).

Недостатки:

- сложность оборудования устьевой обвязки;

- диффузионные потери газа;

- нарушение водно-солевого обмена в подземных водах;

- необходимость бурения множества скважин для равномерной накачки газа.

2. Хранение в сжиженном состоянии в криогенных танках.

Недостатки:

- необходимость поддержания температуры на уровне - 82°С и давления около 50 атм;

- дороговизна и сложность холодильных установок.

3. Хранение в адсорбированном состоянии.

Этот вид хранения газа развивается в последние годы на основе использования твердых сорбентов: интерметаллидов, активных углей, окиси титана и др.

Недостаток: очень низкая динамическая емкость по отношению к метану (не более 2,5% массовых).

Задача изобретения состоит в том, чтобы найти способ удержания сжатого до 400 атм природного газа в модульных тонкостенных емкостях объемом несколько десятков тысяч кубических метров.

Задача решается путем создания глубинных подводных хранилищ природного газа, в которых перепад давления между газом и окружающей хранилище водой близок к нулю, а архимедова сила уравновешивается соответствующим балластом.

В этом состоит технический результат изобретения. Прототип не найден, поэтому заявка оформляется как пионерское изобретение.

Сущность способа заключается в том, что берут тонкий (0,3-0,5 мм) листовой армированный полиэтилен высокого давления и изготавливают из него герметичный «чулок» диаметром 10-20 метров и длиной 400-600 метров, на одном из концов которого устанавливают армированный шланг высокого давления длиной несколько десятков километров, опускают этот «сплюснутый» чулок на дно моря или озера до 2-4 километров. Прокладывая шланг высокого давления по дну до береговой или плавучей станции компримирования или перекачки газа, накрывают «чулок» тросовой сеткой, а с боков отсыпают гранитные камни в количестве, необходимом для уравновешивания архимедовой силы, выталкивающей «чулок» на поверхность акватории; закачивают газ под давлением 200-400 атм в «чулок», превращая его в цилиндрическую емкость-хранилище объемом 30-60 тысяч кубических метров, при этом обрамляют емкость тросовой сеткой, удерживающей емкость от всплытия; потребляют газ из такого хранилища путем его естественного выдавливания на поверхность донным давлением воды.

Схема устройства для осуществления предлагаемого способа хранения природного газа приведена на чертеже.

Устройство хранилища газа состоит из следующих элементов: 1 - станция компримирования и перекачки, 2 - трубопровод высокого давления, 3 - эластичная тонкостенная емкость, 4 - тросовая сетка, 5 - гранитный балласт, при этом станция компримирования и перекачки установлена на берегу или на плаву моря или озера 6 и связана трубопроводом высокого давления, уложенным по дну с расположенной на глубине 2-4 тысячи метров эластичной емкостью-хранилищем, обрамленной тросовой сеткой, имеющей возможность препятствовать всплытию емкости-хранилища под действием архимедовой силы.

Устройство работает следующим образом.

С помощью станции 1 закачивают природный газ в эластичную емкость-хранилище 3 до давления 200-400 атм, при этом сплюснутая вначале емкость принимает форму цилиндра объемом несколько десятков тысяч кубических метров и сверху опирается на тросовую сетку 4, удерживающую емкость 3 от всплытия. При потреблении газа из хранилища он под естественным донным давлением 200-400 атм подается по трубопроводу 2 на станцию 1 и далее по газопроводу потребителю.

Пример (расчетный)

Берут изготовленную эластичную емкость диаметром 10 метров и длиной 400 метров, помещают ее на дно глубокой (4 км) акватории и наполняют ее природным газом до давления 400 атм, при этом давление внутри емкости равно ее давлению снаружи. При распрямлении емкость принимает форму цилиндра объемом 32000 м³ и опирается на тросовую стенку 4.

Удельная масса метана при давлении 400 атм составляет 304 кг/м³, а емкость будет содержать 32000·304=9728000 кг ˜9730 тонн метана. Удельная масса метана при нормальном давлении равна 0,717 кг/м³, таким образом, хранимый запас газа будет составлять 9728000:0,717=13567642 м³ или около 14 млн. м³.

Тросовая сетка удерживает емкость-хранилище от всплытия под действием архимедовой силы, равной 32 тысячам тонн. Такую силу выдерживает тросовая сетка, состоящая из 3200 поперечных по отношению к емкости-хранилищу стальных тросов диаметром 10 мм каждый, расстояние между которыми составляет 0,25 м. Продольные составляющие тросовой сетки изготавливаются из синтетической ленты. Общая масса гранитных камней должна составлять 40000 тонн.

Хранилище не требует обслуживания на глубине и обеспечивает расходование газа без использования компрессорных станций, так как давление подачи газа постоянно и составляет 400 атм, что позволяет использовать шланги малого диаметра.

Представляет интерес использовать такие хранилища на подводных месторождениях природного газа.

1. Способ хранения природного газа в подводном хранилище заключается в том, что берут листовой армированный полиэтилен толщиной 0,3-0,5 мм и изготавливают из него герметичный «чулок» диаметром 10-12 м и длиной 400-600 м, на одном из концов которого устанавливают армированный шланг высокого давления, опускают сплюснутый чулок на дно моря или озера до 2-4 км, прокладывая шланг высокого давления по дну до береговой или плавучей станции, накрывают «чулок» тросовой сеткой, а с боков отсыпают гранитные камни в количестве, необходимом для уравновешивания архимедовой силы, выталкивающей «чулок» на поверхность акватории; закачивают в «чулок» газ под давлением 200-400 атм., превращая его в цилиндрическую емкость - хранилище объемом 30-60 тысяч кубических метров, при этом обрамляют емкость тросовой сеткой, удерживающей емкость от всплытия; потребляют газ из такого хранилища путем его естественного выдавливания на поверхность донным давлением воды.

2. Устройство для хранения природного газа, состоящее из станции компримирования и перекачки, трубопровода высокого давления, эластичной емкости, тросовой сетки и гранитного балласта, при этом станция компримирования установлена на берегу или на плаву моря или озера и связана по дну трубопроводом высокого давления с расположенной на глубине 2-4 тысячи метров эластичной емкостью-хранилищем, обрамленной тросовой сеткой, имеющей возможность препятствовать всплытию емкости-хранилища под действием архимедовой силы.