Резервуары для хранения сжиженного газа

В мировой практике применяются различные виды резервуаров хранения СПГ. Различия обусловлены их объемом, а также геологическими и природоохранными факторами. Благодаря новым конструкторским разработкам, в последние годы стало возможным строительство крупных надземных резервуаров объемом до 200 тыс. м³.

Вертикальные цилиндрические изотермические резервуары классифицируют по следующим признакам:

• конструктивному исполнению стенок резервуара – одностенные, двустенные, с внутренней мембраной;
• конструктивному исполнению внутренней крыши – самонесущая и подвесная;
• типу изоляции – экранная, пористая, засыпная, жесткая;
• применяемому материалу – металлические, железобетонные, комбинированные.

Многие фирмы, применявшие одностенные резервуары, в настоящее время предпочитают сооружать двустенные конструкции. Это объясняется тем, что относительно высокая первоначальная стоимость двустенных резервуаров окупается значительной экономией эксплуатационных расходов.

Подземные и надземные резервуары для хранения СПГ

Оба вида резервуаров имеют высокий уровень фактической безопасности. Подземные резервуары хранения СПГ, безусловно, имеют некоторые преимущества с точки зрения охраны окружающей среды. Такие резервуары хранения признаны соответствующими европейскому стандарту EN 1473, и считаются наиболее безопасным способом хранения СПГ. При землетрясениях подземные резервуары хранения меньше страдают от смещения почвы, чем надземные сооружения, из-за чего в сейсмоопасных зонах подземные резервуары более безопасны.

  Схематическое изображение конструкции типового подземного резервуара хранения СПГ

Тем не менее, затраты на строительство подземных резервуаров при определенных геологических условиях могут быть довольно высоки. По этой причине, а также на основании оценки риска применительно к месту расположения тех или иных резервуарных парков СПГ, большинство резервуаров выполняются надземными. При условии, что при строительстве таких резервуаров используются надлежащие материалы и предусматриваются сооружения для локализации разливов СПГ, например, дамбы обвалования, они вполне могут эффективно и безопасно эксплуатироваться без серьезных последствий для безопасности и экологии, даже в случае попыток совершения террористических актов.

  Схематическое изображение конструкции типового надземного резервуара хранения СПГ

Резервуары для хранения сжиженного природного газа выполняются с двойными стенками: внешняя стенка предназначена для задержки паров СПГ, а вокруг внутренней стенки имеется система изоляции, содержащая криогенную жидкость. Резервуары выполняются из металлов или сплавов с низким коэффициентом теплового расширения, которые не охрупчиваются при соприкосновении с криогенными текучими средами (то есть, из алюминия или стали с девятипроцентным содержанием никеля). Вокруг современных резервуаров устраиваются насыпи, бермы, дамбы или обвалования, рассчитанные на прием утечек любого объема, а именно до 110% от объема соответствующего резервуара.

Конструкции резервуаров для хранения СПГ

Конструкция широко применяемого в мире железобетонного резервуара с замкнутой наружной оболочкой:

1. Подкладка крыши
2. Подвеска
3. Железобетонная крыша
4. Боковая стенка из портландцемента
5. Железобетонная стена основания
6. Железобетонные сваи
7. Изоляция крыши
8. Подвесная платформа
9. Внутренний корпус
10. Теплоизоляция стенки резервуара
11. Подкладка
12. Вторичная перегородка

Резервуары для хранения СПГ могут отличаться по конструкциям применяемых крыш. В зарубежной практике наибольшее распространение получили конструкции крыш, собираемые и свариваемые из отдельных элементов на днище резервуара с последующим пневмоподъемом в проектное положение. В конструкции с самонесущей внутренней крышей избыточное давление газа воспринимается  внутренним резервуаром. В межстенное пространство подается  инертный газ, например азот, который сушит теплоизоляцию в процессе эксплуатации. Для хранения азота используют специальный газгольдер.

В мировой практике также широко распространена конструкция подвесной плоской крыши. Принципиальное отличие такой конструкции от конструкции с самонесущей внутренней крышей заключается в том, что пары продукта свободно проникают в межстенное пространство через зазор между  крышей и стенкой или через специальные отверстия в подвесной крыше.

Разновидностью наземных изотермических резервуаров являются металлические вертикальные цилиндрические резервуары, заглубленные в грунт, обычно на высоту корпуса (это делается по соображениям безопасности, для того, чтобы максимальный уровень взлива продукта не превышал уровня поверхности земли).

Схема конструкции заглубленного изотермического резервуара:

1. Железобетонная крыша
2. Стальная крыша
3. Подвесная платформа
4. Теплоизоляция из стекловаты
5. Не содержащая фреона твердая полиуретановая изоляция
6. Мембрана из нержавеющей стали, содержащей 18% Cr и 8% Ni
7. Железобетонная стенка
8. Железобетонная шпунтовая стенка
9. Боковой подогреватель
10. Железобетонное дно
11. Подогреватель основания
12. Основание из гравия

Различают два типа конструкции заглубленных изотермических резервуаров: с подвесной платформой и с крышей, имеющей внутреннюю изоляцию. Заглубленные резервуары принципиально не отличаются от наземных резервуаров открытой установки, но из-за необходимости проведения сложных и трудоемких земляных работ, устройства специальных фундаментов с дренажем и гидроизоляцией более дороги, хотя вместе с тем более надежны, особенно в районах с повышенной сейсмичностью. Заглубленные резервуары  не нуждаются в обваловании, и обязательное  пространство между резервуарами и объектами, чтобы обезопасить объекты, относительно небольшое, что позволяет сохранить место.

 Заглубленный резервуар с подвесной платформой: 

1. Купольная крыша
2. Подвесная платформа
3. Берма (горизонтальная площадка на откосе)
4. Изоляция на подвесной платформе
5. Изоляция стенки и днища
6. Подогреватель
7. Насосная площадка
8. Трубопроводная обвязка и эстакада
9. Мембрана
10. Стенка и основание
11. Каркас поршневого насоса

 Заглубленный резервуар с крышей, имеющей внутреннюю изоляцию: 

1. Купольная крыша
2. Берма (горизонтальная площадка на откосе)
3. Изоляция стенки и днища
4. Подогреватель
5. Насосная площадка
6. Трубопроводная обвязка и эстакада
7. Изоляция крыши
8. Мембрана
9. Стенка и основание
10. Каркас поршневого насоса

С точки зрения безопасности резервуары СПГ с двойной стенкой, внутренний резервуар которых изготовлен из стали с содержанием никеля 9%, а внешний из предварительно напряженного бетона, имеющий обкладку от утечек на внутренней поверхности, бетонную крышу и днище, с системой защиты углов и днища – это эффективное, а также долговечное экономическое решение.

Внутренний резервуар выполнен из стали с 9%-ным содержанием никеля, отличающейся высокой упругостью, необходимой для хранения криогенных жидкостей. Внешний резервуар представляет собой бетонное сооружение, состоящее из железобетонной фундаментной плиты, стенки из преднапряженного бетона и железобетонной крыши. Бетонный резервуар дополнительно облицован изнутри углеродистой сталью, для того чтобы была возможность сбора жидкости в случае протечки. Нижняя часть облицовки может быть выполнена из стали с 9%-ным содержанием никеля (из соображений безопасности). Теплоизоляционный слой между внутренней и внешней стенкой предотвращает температурную компенсацию.

Конструкция резервуаров обеспечивает поддержание СПГ в холодном состоянии. Расчетная температура хранения составляет –165°С.

Резервуары хранения СПГ – Проект Сахалин-2

Конструкция резервуаров для хранения сжиженного природного газа напоминает матрешку: каждый состоит из трех вложенных друг в друга отдельных емкостей.

Внешний резервуар — бетонный, толщина стен — около одного метра у основания, кверху она постепенно уменьшается до полуметра. Второй резервуар играет роль пароизоляционного барьера. Он сделан из углеродистой стали и примыкает к внешнему резервуару. Внутренняя емкость построена из специальной 9-процентной никелевой стали, рассчитанной на криогенные температуры (до минус 165°C по проекту). Основное назначение пароизоляционного барьера — препятствовать попаданию кислорода или влаги в резервуар СПГ, а также не допустить попадание испаряющегося газа из резервуара СПГ в атмосферу. Между внутренней емкостью и пароизоляционным барьером существует пространство шириной в один метр, которое заполнено изоляционным материалом.

Крыши резервуаров СПГ двухслойные — сверху они покрыты слоем бетона толщиной 0,4 метра, а снизу находится тот же пароизоляционный барьер. Вес каждой крыши — 600 тонн.