Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 [ 141 ] 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284

4.3.3.2J2. Насыпные и волоконные материалы

Из сыпучих материалов наиболыиее распространение нашли перлит и вермикулит, которые могут накладываться в виде секционированных объемных блоков для предотвращения конвективного переноса тепла:

- перлит получают из вулканических горных пород типа силиката алюминия. Нагретые до 800°С, эти алюмосиликаты теряют связанную воду в паровой фазе. Остающиеся твердые частицы раздуваются, образуя шарики, средний размер которых порядка 0,5 мм. Более тонкие порошки могут быть получены механическим дроблением;

- вермикулит состоит из расслоенной слюды, т.е. разделенной на микроскопические пластинки.

Наиболее часто используемыми волокнистыми материалами при строительстве зданий и в криогенной промышленности являются стекловолокно и минеральная вата.

Оба материала в качестве общего недостатка способны сорбировать влагу и поэтому должны быть помещены в пространстве под давлением сухого газа или изолированы от влаги и находиться под небольшим абсолютным давлением.

Для справки:

- общий (кажущийся) коэффициент теплопроводности (Лк) некоторого пространства под давлением в криогенной технике составляет:

1 -г

объем твердой фазы

полный объем

\ - коэффициент теплопроводности газа;

Хг - коэффициент теплопроводности твердой фазы;

- коэффициент теплопроводности насыпных и волоконных материалов может быть значительно уменьшен, если в теплоизолируемом пространстве поддерживать небольшое абсолютное давление (1 300 Па) (см. нижеследующий график).

Х(Вт м-. К-)

0.030. 0,025. 0,020. 0,015-0,010. 0,005

Ств1

Перлит(различные кажущиеся плотности)

Давление, (Па)

130 1 300 13 ООО

4.3.3.2.3. Жесткие материалы

Если исключить пробку, которая является природным материалом, используемым в промышленности СПГ с ее зарождения, другие применяемые материалы являются промышленными с закрытой структурой.

4.3.3.2.3.1. Пенополистирол

Эта пластмасса производится в вцде предварительно подготовленных блоков, получаемых на основе этилена и бензола, и она имела бы хорошие теплоизолирующие свойства, если бы не поглощала столько воды. Тем не менее легкость нанесения полистирола способствует иногда его использованию в качестве временной изоляции трубопрово-(рв, но никогда для постоянной теплоизоляции. Ктому же он лепсо возгорается (класс М5). Его термоусадка колеблется около 7 • 10* К- в интервале -30 - •i-ЗОС, что в пять раз выше малоуглеродистых сталей.

4.3.3.2.3.2. Пеностекло

Этот материал, представляющий собой абразивные остроугольные частицы с неприятным запахом, получают нагнетанием сероводорода в стекломассу. Пеностекло абсолютно влагостойко и огнеупорно (плавится около 550°С), но хрупко, тяжело (160 кг/м) и не удобно в применении.

4.3.3.2.3.3. Поливинилхлорид (ПВХ)

Этот термопластический материал, более известный под коммерческим названием Клежесель (Klegecel), формируется под давлением 20,0 -30,0 МПа при 175°С. Пенообрезователь, вводимый в форму при 90°С, при твердении геля позволяет получить пену с закрытыми ячейками.

Этот способ изготовления термоизоляции может бьпъ использован только в заводских условиях.

4.3.3.2.3.4. Пенополиуретаны

Этот продукт имеет наилучшие свойства. Поли-урвтан получается в результате реакции между изоцианатами и лолиолями (производными спиртов) в присутствии пенообразователя (фреона), катализаторов и различных добавок, среди которых огнеупоры, придающие полиуретану свойство самогашения.

Полиуретан может быть применен непосредственно на стройплощадке (отлит на месте) или предварительно изготовлен на заводе. Он или прямо напыляется на трубопровод или лрвдваритель-но отливается на заводе в виде блоков в форме раковин.

Измеренный в лаборатории коэффициент теплопроводности полиуретана равен 0,017 Вт • м" • К"; его значение стабилизируется на уровне 0,026 Вт • м- • К" в конце второго года. Плотность колеблется в пределах между 40 и 90 кг/м\ Пористость порядка 5%.

Опыты, проведенные на образцах промышленных размеров, показывают, что полная изоляция, сделанная из пенополиуретана, имеет следующие значения коэффициента теплопроводности:

- отлитые на месте образцы:

• новые: 0,030 Вт • м- К";

• после выдержки в несколько недель: 0,032 Вт • м- К-;

- предварительно изготовленные на заводе образцы:

• новые: 0,034 Вт • м- • К";

• после выдержки в несколько недель: Вт • м- K-V

4.3.3.2.4. Сравнение теплопроводностей различных теплоизолирующих материалов

В нижеследующей таблице приведены значения коэффициентов теплопроводности различных материалов - металлов, газов, жидкостей.

Материал

Медь Алюминий

Нвржаввюцая сталь

Нейлон

Бетон

Стекловолокно Пеностекло (-1 вО°С) Пенополистирол Поливинилхлорид Полиуретан Перлит (-1вО"С)

Вода(0°С) Лад (ОХ) Снег (0°С) Метан (-1вО"С) Воздух (-1вО°С)

Плотность, кг/1?

T«onp«5P,j

Коэффициенты теплопроводности различных матщзиа-лов -металлов, газов, жидкостей.

4.3.3.3. Примеры применения теплоизолирующих материалов в промышленности СПГ

4.3.3.3.1. Трубопроводы

Полиуретановая пена часто используется для теплоизоляции трубопроводов СПГ или холодного газа. Толщина слоя изоляции выбирается на основе технико-экономических расчетов. На вышеупомянутых трубопроводах теплоизоляция может выполнять следукхцие функции:

- или минимизировать поступление тепла в трубопроводы при приемлемой стоимости;

- или поддерживать эти трубопроводы в условиях, не допускающих их обмерзания для того, чтобы не утяжелять трубы ледяной шубой (в этом случае величмш теплолритока в трубопровод не играет роли).

Полиуретановая пена чаще всего покрьп-а паронепроницаемой оболочкой, выполненной из слоя

битума, нанесенного между двумя листами алюминия, усииленного стекловолокном против проникновения влаги и металлической оболочкой для предохранения от случайных внешних ударов.

Примечание: Теплоизоляция трубопроводов СПГ является одновременно эффективным противопожарным П01фытием (см. § 4.10.1.6).

4.3.3.3.2. Резервуары малой емкости

Резервуары малой емкости, такие как продувочные емкости установок СПГ, обычно теплоизолированы слоем полиуретана, напыленного на месте или в заводских условиях. Техника покрытия такая же, как и для трубопроводов.

Автоцистерны (см. § 4.6.2) могут быть теплоизолированы таким же способом или изолированы перлитом, поддерживаемым под небольшим абсолютным давлением (1 КПа).

4.3.3.3.3. Хранилища

4.3.3.3.3.1. Мембранные резервуары (см. § 4.8.3)

Теплоизолирующий материал наносится на внутреннюю поверхность внешней оболочки.

Внутренняя емкость прикреплена к слою теплоизоляции.

- Метод Текнигаз (Tachnigaz)

Теплоизоляция изготавливается из материала Клежесель (поливинилхлорид) общей толщиной 168 мм и из облицовки толщиной 12 мм, нанесенной на мембрану для стенок обечайки и днища. Крыша изолирована слоем стекловолокна толщиной 300 мм.

- Метод Газотранспортной компании (Gaz Transport)

Теплоизоляцией являвтся перлитовый порошок, который находится внутри водонепроницаемых камер морского типа.

Теплоизолирующее пространство или находится под небольшим абсолютным давлением (0,1 -1,0 КПа) или, наоборот, находится под давлением (испарением из емкости с азотом) для предохранения порошка перлита от проникновения влаги.

4.3.3.3.3.2. Резервуары с плавающей крышей (см. § 4.8.3)

Теплоизоляция осуществляется перлитом для корпуса, пеностеклом для днища и стекловолокном для крыши, если последняя подвешена.

4.4. Сооружение объектов СПГ

4.4.1. Проблемы, связанные С термодинамическим состоянием СПГ

Различают проблемы, связанные с тем, что СПГ:

- есть жидкость в состоянии, близком к точке кипения;

- есть смесь простых (чистых) веществ;

- находится при низкой температуре.

4.4.1.1. Испарение

Любой приток тепла в устройство, содержащее СПГ, приводит к частичному испарению последнего, и если СПГ находится в закрытом объеме, теп-лопритоки, которые неизбежны, приводят к быстрому возрастанию давления.

Для емкостей СПГ небольшого объема (например, отрезок трубопровода между двумя задвижками), предохранительные клапаны сбрасывают избыточное давление.

Количества испарившегося продукта (потери на испарение) на установке СПГ быстро становятся значителы1ыми, их энергетической ценностыо пренебречь нельзя, поэтому в общем случае для улавливания и обратного сжижения этих испарений используются следующие средства:

- улавливание (обычно созданием давления) с судна, находящегося под загрузкой, на завод или для возврата на судно, находящееся под разгрузкой (сливом), с терминала (см. § 4.6.1.3.2);

- откачка компрессорами для возврата на вход установки сжижения, для перекачки в систему распределения терминала, для внутреннего энергетического потребления (топливный газ) установки сжижения или для рекуперации (см. §4.7.1.2.1).

4.4.1.2. Старение СПГ

СПГ, будучи смесью простых веществ, образует пары состава, отличающегося от состава хсидкос-ти, в парах представлены больше всего легколетучие углеводороды. Таким образом, состав остаточного СПГ изменяется в сторону обогаиения вьюо-кокипящими компонентами, и это явление называется старением СПГ: теплотворная способность и число Воббе увеличиваются.

Примеры:

- для СПГ, содержащего азот, компонент более летучий, чем углеводороды, испарения будут состоять, главным образом, из метана и азота; СПГ с содержанием 1% азота равновесен с паровой фазой с содержгшием 20% азота;

- старение первоначального объема 50000 м хранимого СПГ состава: 1% азота, 89% метана и 10% тяжелых углеводородов приводит к увеличению высшей теплотворной способности на 3 ватт-час в сутки и числа Воббе для среднего объема испарений 2000 нм/час.

Особые случаи:

- старение и усадка СПГ в хранилищах (см. §4.10.2);

- старение в пониженных точках сети СПГ (продувочные резервуары и т.д.) в зависимости от времени пребывания СПГ в этих местах. В результате может произойти полное испарение метана, разогрев жидкости выше -80°С, опасность замерзания оставшихся тяжелых углеводородов во время прохождения порции свежего СПГ и, как следствие, забивка твердой фазой фильтров СПГ. Следовательно, важно следить за периодическим обновлением СПГ в пониженных точках системы.

4.4.1.3. Температура СПГ и оборудование, в котором он находится

4.4.1.3.1. Осушка оборудования после

гидравлических испытаний и перед пуском в эксплуатацию

Эта сушка должна бьпъ особо тщательной в связи с необходимостью предупреждения повреждения движущихся деталей (штанги, запорные элементы задвижек, оси насосов и т.д.) образующимся льдом.

Оска обычно производится циркуляцией азота при температуре окружающей среды, что исключает образование мертвых зон и осушает все детали трубопровода (отводы и т.д.). Процесс

осушки контролируется замерами точек росы по воде во многих точках системы, они должны бьпъ ниже-30°С.

4.4.1.3.2. Захолаживание и поддержание холода

Захолаживание оборудования (в процессе первого запуска, после ремонта, аварийного раэофвва и т.п.) является нестационарным процессом и требует соблюдения следующих предосторожностей:

- для оборудования, имеющего небольшую массу, и для трубопроводов внутренним диаметром менее 600 мм захолаживание производится прямым способом, и темп их заполнения СПГ лимитируется только общими механическими соображениями, изложенными ниже;

- для массивного оборудования захолаживание должно бьпъ постепенным, рв1«)мендуется градиент температуры порядка 3 - 5°С в час для резервуаров и больших емкостей, а также для трубопроводов больших диаметров. Равномерное захолаживание реализуется с помощью пульверизаторов, распределяющих СПГ - охладитель перед собственно наполнением системы СПГ.

В любом случае необходимо контролировать:

- деформации (перемещения) трубопроводов, сравнивая их с теоретическими значениями;

- свободу движен! подвижных опор;

- захолаживание подвижных деталей, особенно в соединениях (неравномерное захолаживание подвижного фланца может вызвать утечки);

- общий объем испарений.

В процессе нормальной эксплуатации элементы оборудования по возможности поддерживгиотся в захоложенном состоянии или циркуляцией или испарением СПГ. Захолаживание испарением должно сопровождаться дополнительными предосторожностями:

- периодическая замена СПГ во избежание слишком быстрого старения (разогрев оборудования и опасность замерзания тяжелых углеводородов при 1«}нтакте со свежим СПГ;

- наблюдение за работой дегазирующих устройств во избежание опасности проникновения жкщкости в систему, питаемую газом.

4.4.1.3.3. Соединения между нагретыми и холодными частями

Некоторые элементы оборудования (такие как краны и задвижки) имеют одну часть, работающую при температуре СПГ, и другую, находящуюся при температуре окружающей среды. Температурное разделение обеспечивается длиной частей, поэтому необходимо следить за качеством изоляции и отсутствием утечек, которые могли бы изменить температурный градиент.

Это касается также некоторых типов насосов, у 1«Лорых вал имеет переменную температуру: удлинение деталей и хорошее состояние криогенных уплотнений являются объектом постоянного кон-троля.

4.4.1.3.4. Теплоизоляция элементов оборудования

Эта теплоизоляция выполняет две функции:

- с одной стороны, роль механической защиты против перегрузки, возможной при формирова-