Хранилище гелия
HELIUM STORAGE

Изобретение относится к области подземного хранения газов и может быть использовано, преимущественно, для создания хранилищ гелия и водорода в отработанных выработках и карьерах.
Известно хранилище газообразного гелия, [RU 105398, U1, B65G 5/00, F17C5/00, 10.06.2011], включающее емкости для хранения гелия, соединенные с системой подачи и отбора гелия, каждая из которых состоит из уложенных рядами и соединенных между собой металлических сосудов высокого давления, выполненных с защитными покрытиями внутренних и/или наружных поверхностей, при этом, металлические сосуды выполнены в виде двухгорловых баллонов, снабженных запорными вентилями и соединенных между собой общим коллектором, а общие коллекторы смежных емкостей для хранения гелия соединены между собой и с системой подачи и отбора гелия посредством трехходовых кранов.
Недостатком этого технического решения является относительно высокая сложность, вызванная значительным количеством сосудов и арматуры для сооружения хранилища газов большой емкости.
Кроме того, известно хранилище газообразного гелия [RU 128915, U1, F17C 5/00, 10.06.2013], включающее емкости для хранения гелия, соединенные с технологической системой подачи и отбора гелия и выполненные в виде не менее двух трубопроводов, соединенных по торцам с распределительными газопроводами технологической системой подачи и отбора гелия, на которых установлены запорно-регулирующие устройства, при этом, каждый трубопровод выполнен из сваренных
между собой труб высокого давления, внутренняя и/или наружная поверхность и сварные стыки которых оснащены защитным композиционным материалом, а запорная и регулирующая арматура снабжены уплотнительными элементами.
Недостатком этого технического решения также является относительно высокая сложность, вызванная значительным количеством сосудов и арматуры для сооружения хранилища газов большой емкости.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является хранилище газов в горных выработках [RU 89505, U1, B65G 5/00, 10.12.2009], включающее размещенную в подземном тоннеле емкость для хранения газов, соединенную с системой подачи и отбора газа, при этом, в тоннеле размещено несколько не связанных между собой емкостей для хранения газов, каждая из которых выполнена в виде одного или нескольких газгольдеров, состоящих из уложенных рядами металлических сосудов высокого давления, соединенных между собой трубопроводами и отдельным трубопроводом с системой подачи и отбора газа.
Особенностями этого технического решения является то, что, поверхности металлических сосудов и трубопроводы могут быть защищены от воздействия газа полимерным покрытием, предотвращающим утечку хранимого газа и оно может содержать несколько подземных туннелей, расположенных на различных горизонтах по горизонтали и/или по вертикали и/или наклонно, в которых размещены автономные и не связанные между собой газгольдеры.
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая надежность в условиях возможных внешних воздействий в сейсмически опасных районах и в областях с высоким уровнем грунтовых вод, а также относительно высокая сложность при хранении большого объема газа, поскольку для этого необходимо использовать газгольдеры, состоящие из уложенных рядами металлических сосудов высокого давления.
Задача, которая решается в изобретении, заключается в создании хранилища на основе отработанного карьера, обеспечивающего большие объемы хранения газа и высокую надежность в условиях внешних воздействий в сейсмически опасных районах и в областях с высоким уровнем грунтовых вод.
Требуемый технический результат заключается в повышении надежности хранения больших объемов гелия.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, хранилище гелия, размещенное, преимущественно, в отработанном карьере воронкообразной или иной формы и выполнено в виде емкости, соединенной с системой подачи и отбора гелия, согласно изобретению, емкость для хранения гелия содержит внешний корпус, в основу формообразования которого положена форма отработанного карьера и боковые стенки которого закреплены в боковых стенках отработанного карьера, а также установленный внутри внешнего корпуса выполненный по его форме внутренний корпус, внутренняя поверхность которого покрыта гелий непроницаемой мембраной, а пространство между внешним и внутренним корпусами заполнено азотом с избыточным давлением по отношению к давлению хранения гелия во внутреннем корпусе.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, избыточное давление азота составляет не менее 2 атм относительно давления гелия во внутреннем корпусе.
3
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, объем емкости для хранения газа выполнен из расчета хранения не менее 20-25 млн. м газа.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, внешний корпус выполнен из бетона.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, внешний корпус выполненный из бетона, имеет толщину 1000 мм.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, внутренний корпус, выполненный из металла, имеет толщину 10 мм.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, расстояние между внешним и внутренним корпусами составляет 1,5-2 м.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, боковые стенки внутреннего корпуса закреплены в боковых стенках карьера сваями, которые размещены равномерно на расстоянии 100 м друг от друга и выполнены толщиной 150 мм и длиной 10 м.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, внутренний корпус из металла содержит камеры для хранения газа, разделенные перегородками, внутренняя поверхность которых покрыта гелий непроницаемой мембраной.
На чертеже представлены:
на фиг. 1 - конструкция хранилища гелия, соединенного с системой подачи и отбора газа;
на фиг. 2 - вид отработанного карьера.
Хранилище гелия, размещенное, преимущественно, в отработанном карьере воронкообразной или иной формы, содержит емкость 1 для хранения газа, соединенную с системой 2 подачи и отбора газа.
В хранилище гелия емкость 1 для хранения газа содержит внешний корпус 3, в основу формообразования которого положен, например, перевернутый усеченный конус (фиг. 1) или цилиндр, боковые стенки которого закреплены сваями 4, установленных в боковых стенках отработанного карьера.
Кроме того, емкость 1 для хранения газа содержит установленный внутри внешнего корпуса 3, боковые стенки которого закреплены с помощью свай 4 в стенках отработанного карьера, и выполненный, преимущественно, по его форме, внутренний корпус 5, внутренняя поверхность которого покрыта гелий непроницаемой мембраной 6. Покрытие непроницаемой мембраной позволяет использовать хранилище гелия для хранения гелия любой концентрации без потери качества при последующем извлечении гелия для поставки потребителю.
Пространство между стенками внешнего корпуса 3 и внутреннего корпуса 5 заполнено азотом с избыточным давлением, который образует подушку безопасности, предотвращает утечки гелия и защищает внутреннее хранилище от коррозии.
3
3
В частном примере выполнения предложенной конструкции хранилища гелия геометрический объем емкости для хранения газа составляет 20-25 млн. м газа толщина внешнего корпуса 3 из бетона равна 1000 мм, толщина внутреннего корпуса 5 из металла равна 10 мм, а расстояние между внутренним корпусом 5 из металла и внешним корпусом 3 из бетона составляет 2000 мм. Такое расстояние обеспечивает свободный проход сотрудников для проведения сервисных и ремонтных работ. Гелий хранится при давлении 40 атм, давление азотной прослойки - 42 атм, что позволяет закачать в хранилище 800-1000 млн. м газа.
Сваи 4, установленные в боковых стенках карьера для закрепления внешнего корпуса 3, размещены, преимущественно, перпендикулярно ему, равномерно, например, на расстоянии 100 м друг от друга и выполнены толщиной 150 мм и длиной 10 м.
Гелий непроницаемая мембрана 6 может быть выполнена из полимерного материала толщиной, например, в 1 мм, аналогичного материалу для дирижаблей, и закреплена на всей внутренней поверхности внутреннего корпуса из металла по всей поверхности.
Во внутреннем корпусе 5 из металла могут быть выполнены раздельные камеры 7 для хранения газа, разделенные металлическими перегородками, внутренняя поверхность которых также покрыта гелий непроницаемой мембраной. Разделение на камеры позволяет хранить в различных камерах гелий разного качества.
Хранилище гелия используется следующим образом.
Гелиевый концентрат с месторождения по трубопроводной системе поставляется к хранилищу. Система очистки гелия позволяет получить гелий требуемого качества и направить его в соответствующую камеру 7. Наличие нескольких камер позволяет хранить гелий разного качества в различных камерах.
Надежность хранения обеспечивается несколькими уровнями: гелий непроницаемая мембрана, аналогичная той, которая используется в дирижаблях, обеспечивает первичное хранение гелия.
Внутренний корпус, к которому прикреплена мембрана, является вторым слоем хранилища.
Внешний прочный корпус выполняет функции защиты внутреннего корпуса от внешних воздействий, подземных вод и деформации почвы.
Между внутренним и внешним корпусом находится прослойка заполненная азотом, который защищает внутренний корпус от коррозии.
Гелий обладает высокой проницаемостью и со временем может просочиться и через мембрану, и через внутренний корпус. Для предотвращения утечек гелия прослойка заполненная азотом имеет более высокое давление, чем хранимый гелий. Повышенное давление предотвратит проникновение гелия за пределы внутреннего корпуса.
Таким образом, благодаря указанным усовершенствованиям существенно повышается надежность устройства при обеспечении хранения больших объемов подвижных газов (гелий, водород и т.п.) в условиях внешних воздействий в сейсмически опасных районах и в областях с высоким уровнем грунтовых вод. Дополнительную надежность хранилищу создает тампонажная завеса, которая, как правило, создается в период добычи полезных ископаемых в карьере.