Kriogeni spremnici za industrijske gasove

Izazov da se stvari ne zamrznu

Tečni prirodni gas, tečni azot, tečni kisik - to nisu robne stvari koje možete pohraniti u standardnom atmosferskom spremniku. Na temperaturama ispod -150°C, pravila se menjaju. Materijali postaju krhki. Izolacija postaje kritična. I sam proizvod želi da se stalno kuha. Kriogeni spremnici su inženjerski odgovor na ove izazove, i oni su se tokom decenija razvili u neke od najsofisticiranijih spremnika pod pritiskom u industrijskom svijetu.

Šaka je zapanjujuća. Jedan veliki spremnik za LNG može da sadrži 160.000 kubnih metara tečnosti, dovoljno da se sa njim zaliva grad srednje veličine danima. Na drugom kraju spektra, rezervoar 50 kubnih metara tekućeg dušika može služiti jednoj bolnici ili fabrici elektronike. Ali bez obzira na veličinu, osnovna fizička i inženjerska načela su ista.

Vrste rezervoara: od jednog spremnika do membrane

Kriogeni spremnici za skladištenje dolaze u nekoliko konfiguracija, svaka sa različitim filozofijama sigurnosti i profilima troškova .

Jednostrani rezervoari su najbasniji dizajn. Jednostran ili dvostran rezervoar drži kriogenu tečnost, a ako se dogodi curenje, očekuje se da će tečnost biti zadržana od strane vanjske berme ili nasipa. Ovo je najjeftinija opcija, ali zahtijeva značajnu nekretninu za područje za ograničavanje.

Dvostruki rezervoari dodati sekundarni zid oko primarnog spremnika. Ako unutrašnji rezervoar curimo, vanjski zid hvata tečnost i daje par-štit pečat. To eliminiše potrebu za velikim bermom i smanjuje otisak zemlje.

Čisti rezervoari predstavljaju trenutnu tehnologiju za skladištenje velikih količina LNG-a - Šta? I unutrašnji i spoljni rezervoari su dizajnirani da sadrže tečnost, a spoljni rezervoar takođe pruža i zapreminu za par. U slučaju kvaru unutrašnjeg spremnika, vanjski spremnik sigurno drži sav sadržaj. Ovi rezervoari su najskuplji, ali nude najviši nivo sigurnosti i mnogi regulatori zahtijevaju ih za skladištenje na velikoj skali.

S druge vrste koriste tanku membranu od nehrđajućeg čelika podržanu izolacijom i vanjsku betonsku omotačicu - Šta? Prvobitno razvijen za LNG nosače, ovaj dizajn je premješten na kopno i nudi odličnu zauzimanje sa manjom težinom materijala od dizajniranja punog zauzimanja.

Standardi koji se odnose na kriogeno skladištenje

Kriogeni spremnici se ne grade bez hrpe standarda iza njih. Ključni dokumenti uključuju: :

• API 625 Glavni standard za projektovanje i izgradnju spremnika za skladištenje tečnosti, koji pokriva sve od materijala do testiranja

• Uređaji za proizvodnju Evropski standard za izgradnju rezervoara za LNG sa punim kapacitetom

• NFPA 59A Bezbednosni standard koji obuhvata zaštitu od požara, razmak i sprečavanje opasnosti

• BS 7777 / EEMUA Uputstvo za dizajn hladnog spremnika

API 625 je najpoznatiji međunarodni standard - Šta? Specifikuje dizajnirani pritisak, materijale, zahtjeve izolacije i protokole testiranja. Ispunjavanje API 625 nije opcionalno za većinu velikih projekata - to je zapisano u polici osiguranja i ugovori o kreditiranju.

Izljevanje: neizbježan gubitak

Evo činjenice koja iznenađuje nove u kriogenu skladištenje: proizvod unutar rezervoara je uvijek kuhanje. Čak i sa najboljom izolacijom, toplota curi u rezervoar, i dio tečnosti isparava. Ovo se zove "izlivanje gasa" (BOG), a upravljanje njim je jedna od glavnih odgovornosti operatera.

U skladu sa standardima industrije, prihvatljiva stopa odmrzavanja za spremnike za skladištenje LNG-a je obično ≤ 0,2% zapremine spremnika dnevno. Veliki rezervoari sa punim rezervoarima mogu postići niže stope od 0,05% do 0,08% dnevno, jer se odnos površine prema zapremini poboljšava sa veličinom. 160.000 kubnih metara rezervoara koji se odbija na 0,08% dnevno gubi oko 128 kubnih metara LNG dnevno. To nije sitna količina, to je dovoljno za grijanje nekoliko hiljada kuća.

Šta se dešava sa gasom koji se izbriše? U većini terminala, sakuplja se i ili se obnavlja ili šalje u sistem za gorivo. U manjim instalacijama, može se upaljivati ili ventilirati (iako se propisima o zaštiti životne sredine sve više ograničava). Ekonomika upravljanja BOG-om je značajna: svaki kubni metar LNG-a koji se odliva je proizvod koji se ne prodaje.

Izolacija: Pravi heroj

Predstavitelju kriogenih spremnika za skladištenje zavisi od njegovog izolacionog sistema. Za spremnike za tečni gas izolacija se obično sastoji od proširene perlita lakog vulkanskog stakla koje se pakira između unutrašnjih i spoljašnjih zidova ili poliuretanske pene za manje spremnike. Vakuumska izolacija se koristi za neke spremnike za tečni azot i tečni kisik, gdje je prostor na premiji i razlika u temperaturi ekstremna.

Izolacija perlita u velikom spremniku za tečni LNG može biti debela nekoliko metara. Izazov nije samo u toplotnoj učinkovitosti, već i u uspavljanju. Perlit se s vremenom ostavlja, stvarajući praznine na vrhu izolacionog prostora gdje toplota može zaobići izolaciju. Moderni modeli uključuju indikatore za stabilizaciju i odredbe za punjenje perlita tokom prekida tanka.

Jedan često zanemareni aspekt je izolacija oko prolaznih prostorija rezervoara, cijevi, instrumentacije i manvejsa. Ovo su slabe tačke gdje toplota pronalazi put. Loša izolacija može stvoriti hladnu tačku na vanjskom rezervoaru, što dovodi do formiranja leda, korozije i na kraju strukturnih problema. Najbolji dizajn rezervoara tretira prodore sa istom strogost kao i zidove glavnog rezervoara.

Izbor materijala: izazov niske temperature

Ugljenični čelik postaje krhak na kriogenskim temperaturama. To je problem jer su većina industrijskih spremnika napravljena od ugljen-čeličnog čelika. Rješenje je da se koriste materijali koji održavaju čvrstoću na -162°C i ispod.

Za rezervoare za tečni gas, unutrašnji rezervoar je obično napravljen od 9% niklnog čelika ili aluminijumske legure. 9% niklovo čelik je glavni proizvod, zadržava otpornost na udare do -196°C i može se zavarivati odgovarajućim postupcima. Aluminijske legure su lakše i imaju odlična svojstva pri niskim temperaturama, ali su skuplje i zahtijevaju specijalizovane tehnike zavarivanja.

Spoljni rezervoar je, za razliku od toga, obično od ugljen-čeličnog čelika ili od betona. Ne vidi kriogene temperature direktno, izolacija ga održava toplim, ali mora da izdrži hidrostatički pritisak unutrašnjeg sadržaja rezervoara u slučaju curenja.

Operativne stvarnosti: Šta vam priručnici ne govore

Kriogeni spremnici su izuzetno pouzdani, ali nisu bez održavanja. Najčešće operativno pitanje je toplotna stratifikacija gradijenti temperature unutar tečnosti koji mogu dovesti do brzog povećanja pritiska ako se ne upravlja. Operatori prate temperaturu rezervoara na više nadmorskih visina i koriste uređaje za mešanje ili cirkulacione pumpe za održavanje jednake temperature.

Druga stvarnost: punjenje i pražnjenje kriogenih rezervoara stvara toplotni stres. Unutrašnji rezervoar se širi i skuplja sa promenama temperature, a cijevi moraju da se povežu sa tim kretanjem. -Bellows i ekspanzivne petlje su standardne, ali trebaju inspekciju i povremenu zamenu. Jednom pogonu za proizvodnju tečnog dušika na Srednjem zapadu SAD-a se to dogodilo na težak način kada je pečanica propala tokom punjenja, oslobađajući hladni gas i uzrokujući šest nedelja nestanka struje.

Izazov u izradi i izgradnji

Izgradnja kriogena spremnika nije kao izgradnja standardnog spremnika pod pritiskom. Tolerancije su sve strože. Proces zavarivanja je zahtevniji. I zahtjevi za inspekcijom su stroži. Jedini defekt zavarivanja u unutrašnjem spremniku može ugroziti cijeli sistem za izolaciju.

Za vlasnike projekata, izbor proizvođača je od ogromne važnosti. Proizvođač sa iskustvom u kriogenoj servisu razumije specijalizovane postupke zavarivanja, zahtjeve za nedestruktivno testiranje i kritičnu važnost čistoće tokom proizvodnje. Kompanije poput GreenFir-a koje su izgradile iskustvo u proizvodnji kriogene opreme, donose to iskustvo na svaki projekat rezervoara, smanjujući rizik od problema na terenu i osiguravajući da rezervoar radi kako je dizajniran od prvog punjenja.