Оценка теплового влияния антифриза, заливаемого в пространство между полимерным футляром и вертикальным резервуаром сжиженного углеводородного газа

     В настоящее время, с целью коррозионной защиты подземных резервуаров сжиженных углеводородных газов (СУГ).все шире используется принципиально новая конструкция, основанная на размещении вертикального стального сосуда СУГ высокого давления в полимерном футляре и позволяющая радикальным образом решить проблему защиты от блуждающих токов, повысить пожаро-, взрыво- и экологическую безопасность, исключить использование катодной защиты и битумно-полимерных защитных покрытий. Важной составляющей, обеспечивающей надежную и безопасную работу систем хранения и распределения СУГ с подземным расположением резервуаров, является правильный выбор среды, заполняющей межстенное пространство вертикального сосуда СУГ и полимерного футляра. Тип пожаро- и взрывобезопасной среды межстенного пространства определяется назначением и режимом работы двустенного резервуара СУГ. Двустенные резервуары СУГ используются по двум назначениям:

1) как сосуды только для хранения топлива, применяемые на газовых и многотопливных АЗС;
2) как емкости для хранения и одновременной регазификации топлива в системах газоснабжения жилых, коммунально-бытовых и промышленных потребителей.

В данной работе рассмотрены вопросы обоснования инертной среды и оценки ее теплотехнических параметров при одновременном использовании резервуара как емкости для хранения и регазификации СУГ. Основным требованием к вертикальному резервуару СУГ такого назначения является обеспечение максимальной паропроизводительности. Для резервуара с отбором паровой фазы непосредственно из вертикального сосуда расчетным является наиболее неблагоприятный режим эксплуатации, наблюдаемый при минимальном уровне его заполнения жидкой фазой и минимальной температуре окружающего фунта. Оптимальные значения минимального уровня заполнения жидкой фазой СУГ вертикальных резервуаров, работающих по естественному принципу испарения, с отбором паровой фазы из объема самого сосуда, определяются согласно рекомендациям. С целью обеспечения максимальной паропроизводительности предлагается межстенное пространство вертикальных резервуаров заполнять инертной жидкостью, с таким расчетом (рис. 1), чтобы уровень ее заполнения в межстенном пространстве, Нр, был не меньше, чем оптимальный уровень заполнения соcуда жидкой фазой СУГ.

Инертная жидкость, используемая как промежуточная теплопередающая среда (в дальнейшем - промежуточный теплоноситель) должна удовлетворять следующим требованиям:

- высокая интенсивность теплообмена;
- высокие антикоррозионные свойства;
- низкое давление в области рабочих температур;
- низкая температура замерзания и высокая температура кипения;
- малые плотность и вязкость;
- низкая стоимость и доступность.

Рис. 1. Схема к определению расчетных параметров инертной жидкости в межстенном пространстве двустенного резервуара СУГ.

В известной мере перечисленным требованиям отвечают вода, водные растворы солей и спиртов, масла, кремний, органические жидкости. На графике, приведенном на рис. 2, представлены значения коэффициента теплоотдачи указанных жидкостей в условиях естественной конвекции. Как видно из графика, наилучшими показателями обладает вода. Однако высокая температура замерзания воды, равная 0°С, не позволяет использовать ее для регазификации СУГ, имеющих температуру кипения ниже О °С. Водные растворы солей имеют низкую температуру замерзания (ниже О °С), однако, инициируют интенсивную коррозию элементов теплообменных поверхностей. Некоторые виды масел, применяемых в качестве промежуточного теплоносителя в трансформаторах и других устройствах, имеют ряд несомненных достоинств: низкую температуру замерзания, высокую температуру кипения, хорошие электроизоляционные и антикоррозионные свойства, но по сравнению с водой имеют значительно более низкий коэффициент теплоотдачи и более высокую стоимость.

Рис. 2. Теплоотдача при естевственной конвекции инертной жидкости вблизи вертикальной стенки.

Указанные замечания полностью относятся и к промежуточным теплоносителям на основе силиконов, имеющим еще более высокую стоимость по сравнению с маслом. Наиболее полно поставленным требованиям отвечают водные растворы высокоатомных спиртов, содержащие 53% этиленгликоля и 47% воды с комплексными добавками, предотвращающими коррозию и интенсифицирующими процессы теплоотдачи. Например, антифризы типа «Тосол А40 М», «Лукойл», «Тосол-север-40П», «Console». Такие антифризы являются инертными жидкостями по отношению, как к углеродистой стали, так и к полимерам, используемым для изготовления футляров. Так, например, в соответствии с коррозионное воздействие антифризов на металлы, определяемое потерей массы образцов при стандартных испытаниях при температуре 88±2 °С, не должно превышать ∆МГОСТ = 0,1 г/м2 сут. Применительно к стальным резервуарам СУГ с толщиной стенки 10 мм это означает, что ее утонение не должно превышать 6÷8×10-3 мм/год или 0,28 мм за весь срок службы подземных резервуаров (35 лет). Результаты испытаний показывают, что для антифризов отечественного производства фактическая величина этого параметра составляет ∆Мфак = 0,02÷0,04 г/м2 сут. Применительно к стальным резервуарам СУГ с толщиной стенки 10 мм это означает, что утонение стенок составит 2÷4×10-3 мм/год, а за весь срок службы (35 лет) не более 0,14 мм. Проведенный анализ дает основание рекомендовать водные растворы высокоатомных спиртов типа «Тосол А40 М» в качестве промежуточного теплоносителя межстенного пространства двустенных резервуаров СУГ. Оценим тепловое влияние прослойки антифриза на испарительную способность двустенного резервуара СУГ. Степень влияния слоя антифриза толщиной δ на величину коэффициента теплопередачи от грунта к СУГ для двустенного резервуара Кдр в условиях стационарного теплового режима можно оценить, с учетом, по значению коэффициента теплопередачи для существующего одностенного подземного резервуара Кор=2,5 Вт/м2 К, покрытого битумно-полимерной изоляцией и расположенного в суглинистом грунте средней влажности.

В результате расчетов для резервуара объемом 5 м3 и климатических условий г.Саратова получим величину снижения коэффициента теплопередачи для двустенного резервуара по сравнению с одностенным, равную 7,5%. Снижение коэффициента теплопередачи двустенного резервуара обусловливается наличием у него прослойки антифриза. На практике снижение коэффициента теплопередачи двустенного резервуара, по сравнению с одностенным, будет еще меньше за счет развития в прослойке антифриза эллипсовидной формы вертикальных конвективных токов. Полученные результаты позволяют рекомендовать двустенный резервуар СУГ, межстенное пространство которого заполнено антифризом рекомендуемых марок для хранения и одновременного испарения СУГ по принципу естественной регазификации из замкнутого объема. Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:
- в качестве инертной среды для заполнения межстенного пространства двустенных резервуаров, используемых для хранения и одновременной регазификации жилых, коммунально-бытовых и промышленных потребителей, рекомендуются антифризы марок «Тосол А40 М», «Лукойл», «Тосол-север-40П»;
- использование антифриза в качестве среды для заполнения межстенного пространства двустенного резервуара приводит к снижению его паропроизводительности по сравнению с одностенным резервуаром на величину, равную 7,5%. 

Литература

1.Усачев А.П. Защита систем снабжения сжиженным углеводородным газом от коррозии / А.П. Усачев, М.А. Усачев, А.В. Фролов //Полимергаз. 2000. №1. С. 20-21.

2.Повышение пожаро-, взрыво- и экологической безопасности установок хранения сжиженного углеводородного газа / А.П. Усачев, А.Л. Шурайц, М.А. Усачев, А.В. Фролов //Полимергаз. 2001. №1. С. 36.

3.Повышение пожаро-, взрыво- и экологической безопасности установок хранения сжиженного углеводородного газа / А.П. Усачев, А.Л. Шурайц, М.А. Усачев, А.В. Фролов //Полимергаз. 2001. №2. С. 17-20.

4.Курицын Б.Н. Обоснование оптимального типоряда вертикальных подземных резервуаров сжиженного газа/ Б.Н. Курицын, А.П. Усачев, О.Б. Шамин //Актуальные проблемы развития систем теплогазоснабжения и вентиляции: межвуз. науч. сб. Саратов: СГТУ, 1998. С. 19-24.

5.Свидетельство на полезную модель №18564. Установка для хранения и распределения сжиженного углеводородного газа/ А.П.Усачев, А.Л.Шурайц, М.А. Усачев и др. (Россия). М., 2001. 8 с.

6. Хакимов Х.Р. Замораживание грунтов в строительных целях/ Х.Р- Хакимов. М.:Госстройиздат, 1962. 187 с.

7. ГОСТ 28084-89. Жидкости охлаждающие низкозамерзающие. Общие технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1989. 22 с.

8. Будкин А. «Тосол» или «антифриз?»/ А.Будкин / За рулем. 1998. №7. С. 96-97.

9. Будкин А. «Каждый сам за себя»/ А.Будкин // За рулем. 2001. №12. С. 96-98.

10. Жданова Н.Л. Осушка природных газов/ Н.Л. Жданова, А.Л. Халиф. М.: Недра, 1975. 160 с.

11. Курицын Б.Н. Системы снабжения сжиженным газом/ Б.Н. Курицын. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1988. 196 с.

12.Михеев М.А. Основы теплопередачи/ М.А. Михеев, И.М. Михее- ва. М.: Энергия, 1977. 344 с.

Назад к списку новостей