Разработка схемы транспортировки природного газа

РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ТРАНСПОРТИРОВКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА

DEVELOPMENT SCHEME OF TRANSPORTATION NATURAL GAS

O.H. Медведва, B.O. Фролов

O.N. Medvedeva, V.O. Frolov

СаратовГТУ

В статье рассматривается схема доставки природного газа потребителям в сжиженном виде, имеющая существенные отличия от используемых в настоящее время систем транспорта газа.

The article discusses the scheme delivering natural gas to consumers in liquefied form, which has significant differences from the currently used systems, gas transport.

Природный газ является для России не просто эффективным энергоресурсом, но и важным средством решения многих экономических и социальных проблем. Отсутствие магистрального транспорта газа на некоторых территориях России, например в Восточной Сибири, на Камчатке создает проблему обеспечения населения данных регионов прогрессивными системами инженерного оборудования, обеспечивающими необходимый уровень благоустройства квартир и санитарно-гигиенических условий жизни. В настоящее время в России получает развитие новое направление топливно-энергетического комплекса - производство сжиженного природного газа (СПГ).

В состав комплексов СПГ входят: комплексы по сжижению природного газа, хранилища и средства выдачи сжиженного газа, средства для транспортировки СПГ, хранилища газа у потребителей, газификаторы, криогенная арматура, оборудование газораспределения. Для оптимального функционирования всего комплекса СПГ необходимо наладить четкое взаимодействие между его основными составляющими.

Получение холода является очень энергоемким процессом. Для получения низкотемпературных и криогенных жидкостей, к которым относится и сжиженный природный газ, как правило, затрачивается большое количество электроэнергии. С учетом того что цены на данный энергоноситель постоянно растут, возникает проблема сбережения электроэнергии при получении криогенных жидкостей. Нашей задачей было отыскание способа сбережения электроэнергии в системе снабжения отдаленных населенных пунктов сжиженным природным газом. Решение мы видим в усовершенствовании отдельных частей системы газоснабжения с целью сведения к минимуму количества бесполезно расходуемого холода.

Уменьшить количество бесполезно расходуемого холода можно путем его использования для различных нужд. Таких как охлаждение воды и конденсация пара на тепловых электростанциях, охлаждение сверхпроводящих линий электропередач, раз-

7/2011

ВЕСТНИК _МГСУ

деление водородосодержащих газов этиленовых производств, охлаждение продуктов питания [1].

В результате анализа существующей схемы газоснабжения на базе СПГ с использованием автомобильного транспорта были выявлены элементы системы, усовершенствование которых приведет к положительному экономическому эффекту. Суть нашей идеи заключается в возвращении холода, полученного при регазификации СПГ, обратно на завод по получению СПГ и использованию его для предварительного охлаждения природного газа в цикле сжижения. Предлагаемая схема представлена на рис. 1.

Схема работает следующим образом. На заводе по производству СПГ во внутреннюю полость криогенной цистерны заливается СПГ с температурой Т'1, во внешнюю полость поступает хладоноситель с температурой близкой к температуре окружающей среды Т1. Далее цистерна автомобильным либо другим видом транспорта транспортируется в газоснабжаемый район. На пункте регазификации СПГ подается в накревае-мый контур теплообменного аппарата а хладоноситель из внешней полости в греющий. В результате теплообмена СПГ испаряется приобретая давление Р1 и температуру Т'2, а хладоноситель охлаждается до температуры Т2. После чего природный газ подается в турбодетандер, где его давление понижается до необходимого Р2, и вырабатывается электроэнергия. Охлажденный хладоноситель подается во внутреннюю теплоизолированную полость резервуара. Цистерна транспортируется на завод по сжижению, где хладоноситель подается в нагреваемый контур теплообменника, а природный газ в греющий. В результате получаем предварительно охлажденный природный газ, который поступает на следующий этап сжижения и нагретый хладоноситель.

После транспортировки СПГ (как и после транспортировки хладоносителя во внутренней полости) необходима очистка внутренней полости резервуара от остатков СПГ (хладоносителя).

ПГ от магистрального газопровода

охлажденный ПГ

Хладоноситель

Рис. 1 Схема доставки сжиженного газа потребителям: а) схема доставки СПГ от установки по сжижению до потребителя; б) схема доставки СПГ от потребителя до завода по сжижению: 1 - блок сжижения природного газа; 2 - насос криогенный; 3 - емкость приемки хладоносителя при Т2; 4 - емкость отпуска хладоносителя при Т1; 5 - насос жидкостный; 6 - теплообменник; 7 -компрессор; 8 - цистерна транспортная криогенная многополостная; 9 - емкость приемки хладоносителя при Т1; 10 - емкость отпуска хладоносителя при Т2; 11 - турбодетандерный агрегат; 12 - генератор переменного тока

Одной из важных задач для реализации предлагаемой схемы является подбор хладоносителя. Основными требованиями, предъявляемыми к хладоносителю, являются: низкая температура плавления, близкая к температуре сжиженного природного газа, и относительно высокая температура кипения, которая позволяла бы транспортировать хладоноситель в жидком состоянии без устройства дополнительной наружной тепловой изоляции. Так же хладоноситель должен быть не агрессивен к материалу цистерны, и оставаться стабильным на весь период эксплуатации. Свойства проанализированных веществ приведены в табл. 1.

7/)П11 ВЕСТНИК _7/2011 МГСУ

Таблица 1. Свойства хладоносителей

Название вещества Температура кипения, °С Температура ПЛаВ- С^-Л ления, С

Диэтиловый эфир 35,6 -116,3

Диметиловый эфир -24,9 -138,5

Изопентан 28 -160,6

Изобутан -11,7 -159,6

Из перечисленных веществ наиболее подходящим является Изопентан (табл. 2).

Таблица 2. Основные физические свойства изопентана

Наименование величины Значение

Химическая формула СН3-СН(СН3)-СН2-СН3

Температура плавления, Тпл -160, 6 0С

Температура кипения, ТКип 28 °С

Плотность в жидком состоянии, р 625 кг/м3

Изобарная теплоемкость в газовом состоянии, ср 1450 Дж/

Фактор ацентричности Питцера, ю 0,208

Газовая постоянная, Я 115 Дж/

Критическое давление, Ркр 461 МПа

Критическая температура, Ткр 3,3 К

Проведем расчет необходимого количества хладоносителя. Для определения теплоемкости хладоносителя в жидком состоянии воспользуемся уравнением Роулинсо-на-Бонди:

1

р0

Ср - Ср ,

к

= 2,56 + 0,436(1 -тГ +Ю

2,91-

4,28

-т)3

-0,296

1

где х=-

Т

Т

приведенная температура.

КР

В результате расчетов получим значение ориентировочной средней теплоемкости:

кДж

сР = 2,14

кгК

Количество тепла необходимое для испарения 16 м СПГ составляет 3486 МДж. Следовательно, для испарения 16 м3 СПГ потребуется хладоноситель в количестве:

СПГ

О исп 3486037

т = •

= 8901,6 кг.

с Р (Т2 - Т1) 2,14(298 -115) Использование предлагаемой схемы доставки энергоносителей для газоснабжения зданий, промышленных, коммунальных и сельскохозяйственных потребителей позволит значительно повысить уровень инженерного сервиса и снизить дополнительные капитальные вложения в обеспечение некоторых категорий потребителей холодом. Наличие отсека в криогенной цистерне для транспортировки хладоносителя расширя-

ет функциональные возможности установки, позволяя доставлять потребителю не только газовое топливо, но и холод. Причем на транспортировку холода при наличии сжиженного газа в криобаке не требуется дополнительных затрат энергии.

Еще одной особенностью предлагаемой схемы доставки СПГ потребителям является то, что данная технология может быть использована в качестве дополнения к традиционной газификации посредством строительства газопроводной распределительной сети и позволяет обеспечить потенциальных потребителей природным газом.

Литература

1. Бармин И.В. Сжиженный природный газ вчера, сегодня, завтра. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. - 256 с.

Literature

1. Barmin I.V. Liquefied natural gas yesterday, today and tomorrow. M.: MSTU named N.A. Bauman, 2009. - 256 p.

Ключевые слова: природный газ, сжиженный природный газ, схема, система газоснабжения, хладоноситель, затраты, доставка

Key words: natural gas, liquefied natural gas, scheme, system of gas, coolant, cost, delivery

e-mail: medvedeva-on@mail.ru