Особенности термодинамических процессов при хранении сжиженного природного газа

• Автор: Рахимов, Вадим Олегович
• Шифр специальности: 25.00.19
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 136 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
1 Особенности работы систем хранения и транспорта сжиженного
природного газа в экстремальных условиях
1.1 Анализ нормативной базы в области хранения и транспорта
сжиженного природного газа
1.2 Особенности расчёта тепловых режимов резервуаров для хранения

1.3 Анализ термодинамических особенностей поведения СПГ при
попадании на водную поверхность при его хранении на морских терминалах
1.4 Анализ опыта международных операции с сжиженным природным
газом
1.4.1 Общие сведения о системах хранения СПГ
1.4.2 Нарушения технологических процессов на береговых комплексах

1.4.3 Нарушения технологических процессов при морских операциях с

2 Термодинамические особенности хранения сжиженного природного
газа в изотермических резервуарах
2.1 Явление «ролловер» в хранилищах сжиженного природного газа
2.2 Физические особенности процесса «ролловера» при хранении СПГ
2.3 Расчёт теплопереноса в стратифицированной жидкости
2.4 Разработка метода расчёта термодинамического режима наземного
изотермического резервуара со стратифицированным на два слоя СПГ
2.5 Расчета плотности сжиженного природного газа для типовых условий
хранения в резервуаре

2.6 Расчёт времени наступления «ролловера»
3 Теплогидравлические особенности при хранении сжиженного
природного газа на морских терминалах
3.1 Характеристика физической картины явления попадания сжиженного
природного газа на водную поверхность
3.2 Образование «бассейна» СПГ на водной поверхности
3.3 Анализ результатов экспериментов и моделирования процесса
кипения СПГ на водной поверхности
3.4 Анализ работ по изучению быстрого фазового перехода СПГ
3.5 Исследование быстрых фазовых переходов СПГ при разгерметизации
ёмкости для хранения
3.5.1 Сценарии БФП при хранении СПГ в морских ёмкостях
3.5.2 Прогнозирование потенциальной опасности БФП
3.5.3 Прогнозирование БФП при крупных проливах СПГ
4 Разработка методики расчёта тепловых процессов при
разгерметизации хранилищ сжиженного природного газа
4.1 Плёночное кипение СПГ на горизонтальной поверхности
4.2 Разработка метода определение радиуса аварийного разлива
сжиженного природного газа на водной поверхности
4.3 Тепловое излучение при горении «бассейна» СПГ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Справка о внедрении результатов работы в ФГБОУ
ВПОУГНТУ
Приложение 2. Справка о внедрении результатов работы в ОАО
«Ямал СПГ»
Приложение 3. Справка о внедрении результатов работы в ООО «СГ-Авто»

Введение
Задача производства сжиженного природного газа (СПГ) приобретает всё большую значимость для России как перспективное направление переработки и транспортирования природного газа. Наиболее масштабное производство СПГ рассматривается для разработки шельфовых газовых и нефтяных месторождений Крайнего Севера и Дальнего Востока. При утилизации попутного нефтяного газа на промыслах, значительно удалённых от газотранспортной системы, или при ограничении доступа к ней также рассматривается возможность производства СПГ. Газификация значительной части малых населённых пунктов с использованием СПГ в некоторых случаях оценивается как экономически более выгодная по сравнению с газопроводным способом транспортировки газа [27]. Кроме того, в течение многих лет продолжаются программы по использованию СПГ в качестве моторного топлива на транспорте.
Сегодня в мире производство СПГ осуществляется на 27-ми крупнотоннажных заводах в 15 странах. В стадии строительства находятся ещё 6 заводов и более 20-ти проектируются. Для приёма СПГ и его регазификации построено 68 терминалов; ведётся строительство 21 терминала, а ещё 40 — проектируются.
Перевозка СПГ осуществляется в основном морским путём. Доля морского транспорта СПГ составляет около 23% от общего объёма поставок газа в мировой торговле и продолжает расти. Обеспечивается это флотом танкеров-метановозов. На сегодняшний день мировой флот таких танкеров насчитывает более 350 судов общей вместимостью порядка 50 млн. м3 [3]. Такие же суда используются и для непосредственного хранения, регазификации и резервирования СПГ.
В общем случае комплекс СПГ включает в себя следующие объекты:
резервуарный парк хранения СПГ, систему трубопроводов и
специализированные причалы с установленным оборудованием для отгрузки
сжиженного природного газа. При этом стоимость резервуарного парка

резкому перемешиванию, т.е. «ролловеру». В этом случае важно знать время наступления «ролловера» и возможное парообразование, чтобы предотвратить повреждение хранилища. В данной работе предлагается способ определения времени, когда произойдёт «ролловер», и количества испарившегося газа.
СПГ в резервуаре находится в термодинамическом равновесии с паровой фазой. Тепло, которое, несмотря на теплоизоляцию, поступает к жидкости, отводится от неё за счёт испарения с поверхности сжиженного газа. Когда в паровой области резервуара меняется давление, то вся система «пар-жидкость» переходит в новое равновесное состояние. Испарение СПГ происходит без образования видимых пузырьков газа. В [93] было установлено, что температура испаряющейся жидкости в тонком слое на поверхности близка к температуре испарившегося газа. Однако ниже «зеркала» на 2 мм температура становится выше на 0,6 К, что и обеспечивает температурный градиент, позволяющий жидкости двигаться и испаряться.
2.1 Явление «ролловер» в хранилищах сжиженного природного газа
СПГ сегодня является очень важной частью международной торговли
газом ввиду удобства его транспортировки и хранения. После доставки на
приёмный терминал, или после производства, СПГ направляется в
специальные изотермические хранилища, объём отдельных резервуаров
которых превышают 200000 м3. В них жидкий газ хранится до тех пор, пока
не наступит необходимость его регазификации и подачи в трубопроводные
системы. Сегодня резервуары для хранения СПГ чаще всего используются на
заводах по производству СПГ и на приёмных терминалах, которые, как
правило, располагаются на морских побережьях, куда могут подойти
танкеры-метановозы. Помимо этого, широкое применение за рубежом
изотермические резервуары для СПГ получили в системах сглаживания
неравномерности потребления газа, на так называемых, «пик-шейвинговых»