Depozitarea gazelor lichefiate

DEPOZITAREA GAZELOR LICHEFIATE

1. GAZE PETROLIERE LICHEFIATE (GPL)

1.1. Generaliati

Dupa cum s-a amintit in paragraful I.3.12, sursa principala a GPL o constituie gazele rezultate din procesele de prelucrare a petrolului precum si din gazolina de schela [11]. GPL se pot stoca in rezervoare verticale special construite pentru acest scop (fig. 2.1,e )

Pentru propan si butan, utilizarea spatiului subteran, care dispune de capacitati mari de inmagazinare si beneficiaza de conditii de securitate sporita, a creat conditii de stocare mult mai economice [12], [22].

Inmagazinarea subterana se poate realiza in urmatoarele conditii:

depozitarea in cavitati saline;

depozitarea in caverne create in mod artificial.

Propanul si butanul se stocheaza sub forma lichida deoarece la temperaturi de 15°C este nevoie de o presiune relativa de 1,1 bar, respectiv 2,2 bar, pentru obtinerea lichefierii acestora. Aceste presiuni sunt usor de atins in subsol la adancimi de cateva sute de metri.

1.2. Compozitia GPL

GPL este un sistem multicomponent format din mai multe hidrocarburi, dintre care cele saturate sunt mentionate in tabelul 4.1:

Tabelul4.1

Curgerea GPL in cadrul sistemului de inmagazinare are loc prin spatiul inelar dintre tubing si coloana, in depozit, iar apoi prin tubing. Curgerea prin spatiul inelar si in depozit a GPL are loc numai in faza lichida, in timp ce prin tubing este o curgere monofazica in faza initiala, iar apoi devine bifazica (Hchid-gaze).

1.3. Stocarea in cavitati saline

O alta metoda de depozitare a gazelor naturale sau petroliere lichefiate, in cantitati mari, este in caverne realizate in masive de sare. Accste caverne sunt in special indicate

pentru depozitarea gazelor lichefiate cu un punct de fierbere mai ridicat decat cel al metanului, ca de exemplu propanul lichid [13].

Tehnica utilizata este deja cunoscuta si descrisa in paragraful III. 4, cu singura deosebire ca adancimile necesare pentru inmagazinare nu sunt atat de mari.

Pentru realizarea unei astfel de caverne (fig.4.1), se sapa cu sondeza si se cimenteaza coloana 1, in interiorul careia se introduc alte doua coloane, notate cu 2 si 3, cu diametre succesiv mai mici. Aceste doua coloane sunt libere in sensul ca lungimea acestora poate fi variata de la suprafata pentru a se da cavernei forma dorita.

Fig. 4.1. Depozitarea gazelor naturale Iichefiate in caverne saline.

Intre coloanele 1 si 2 se introduce gazolina cu ajutorul pompei 4, pentru a se proteja coloana 1 de coroziunea care s-ar produce in contact cu saramura.

Cu ajutorul  pompei 6 se introduce apoi apa dulce in samburele de sare, prin interiorul coloanei centrale 3, iar saramura formata se evacueaza prin spatiul inelar dintre coloanele 2 si 3 si in continuare prin conducta 7. Pentru realizarea unei forme convenabile a cavemei, circulatia apei si a saramurii pot fi inversate.

Controlul formei cavernei poate fi efectuat cu ajutorul unui aparat tip „sonar'.

Dupa realizarea cavernei, inainte de introducerea gazelor lichefiate, gazolina se evacueaza prin conducta 5, prin impingere cu saramura.

Introducerea gazelor lichefiate se efectueaza cu ajutorul pompei 4, dezlocuindu-se saramura din caverna, care se evacueaza prin coloana 3 si conducta 7.

La baza cavernei, se mentine in permanent un strat de saramura in care patrund coloanele 2 si 3, pentru a se evita astfel eventualele pierderi de gaze naturale lichefiate.

Problema stabilitatii nu prezinta importanta practica deoarece in cavitate se pastreaza o presiune mare. La finalul crearii cavitatii se trece la incercarea etanseitatii cavitatii, similar cazului inmagazinarii gazelor naturale.

Pentru a se putea inmagazina sau extrage GPL, cavitatea trebuie sa fie tot timpul plina cu saramura si GPL. Separarea dintre cele doua fluide se realizeaza prin segregare gravitationala!

Este necesar sa se dispuna de rezerve de saramura saturata pentru a nu afecta volumul cavitatii. Manipularea saramurii saturate creeaza numeroase probleme (precipitarea sarii in saramura, diluarea sarii in sonda etc.).

Se mai poate utiliza in exploatare apa dulce, dar trebuie luate masuri suplimentare de urmarire a procesului prin ecometrie pentru determinarea formei si dimensiunilor cavitatii. Aceasta solutie constituie o premiza de crestere progresiva a dimensiunilor cavernei.

1.4. Stocarea in mine abandonate

Pentru stocarea GPL in cavitatile rezultate in urma unei exploatari miniere este necesar ca aceste cavitati sa fie etanse, iar formatiunile geologice in care sunt create cavitatile sa nu reactioneze cu butanul sau propanul. In cazul cand o mina raspunde acestor conditii si amenajarea acesteia se incadreaza in limite economice acceptabile, se poate opta pentru alegerea unui astfel de depozit. Cunostin|ele geologice de detaliu sunt indispensabile.

Sarea si argila sunt recunoscute ca fiind roci care asigura conditii de stabilitate unei cavitati, dar in anumite conditii se pot utiliza si cavitati existente in calcar, granit etc.

In scopul realizarii unui depozit de GPL intr-o caverna se culeg informafii despre tunele, galerii miniere etc. Apoi se efectueaza studii privind dimensiunea cavitatii, stabilitatea galeriei si a pilonilor de sustinere, se evalueaza costul saparii unei sonde in galerie. in cazul rocilor etanse plastice se realizeaza un strat de beton in scopul eliminarii deformarilor cavitatii.

Exploatarea se poate realiza in doua moduri:

Cu nivel de apa constanta, cu o zona de gaze in partea superioara;

Cu nivel de apa variabil. iar cavitatea este tot timpul plina cu apa si GPL.

Pentru extractie se va dispune de un volum de apa suplimentar, care va fi injectat in cavitate. Sondele de control vor masura in permanenta nivelul piezometric.

2. GAZE NATURALE LICHEFIATE (GNL)

2.1. Generalitati

Transportul gazelor naturale in locuri inaccesibile conductelor se poate efectua in stare lichida, ceea ce permiteinmagazinarea intr-un volum redus a unor cantitati importante de gaze dupa cum rezulta din tabelul 4.2 [6]:

Fig.4.6. Schema de principiu a unei instalatii de re-gazeificare

1-schimbator de caldura; 2-pompe; 3-rezervoare; 4-compresor;

5-cisterna pentru transportul gazului natural

Prin utilizarea frigului in schimbatoarele de caldura in scopuri tehnice se poate recupera o parte din energie, dar tinand seama de intermitentele cu care decurge acest program, valorificarea este problematica.

Deoarece gazele lichefiate participa la acoperirea varfurilor de consum, evaporarea trebuie sa se desfasoare dupa un program precis si de aceea trebuie sa existe totdeauna o sursa de caldura, care sa asigure caldura de vaporizare. Aceasta sursa poate fi aburul, apa calda, apa de mare, apa de rau, aerul incalzit, etc.

Vaporizarea cu ajutorul aerului necesita suprafete de schimb foarte mari si de aceea nu este prea raspandita. Utilizarea aburului prezinta dificultati care constau in obturarea tevilor schimbatoarelor, daca procesul ajunge in apropierea temperaturii de inghet a apei.

Cea mai economica sursa de vaporizare o constituie apa rece, cu ajutorul careia procesul se poate conduce in circuit deschis, prin turnuri de racire.

Daca in apropiere este disponibila apa de mare, atunci se poate asigura caldura necesara vaporizarii fara turn de racire si procesul devine putin costisitor.

Un alt scop al proceselor la temperaturi joase este de a extrage din gazele naturale hidrocarburile C₂₊, astfel ca in consum sa fie furnizat numai metan aproape pur, valorificandu-se superior celelalte hidrocarburi.

Acest procedeu este utilizat acolo unde aceasta extractie nu se poate face la surse, fie din cauza cantitatilor prea reduse, fie din cauza unor dificultati in valorificarea fractiilor C₂₊ in apropierea surselor.

Un caz concret il constituie conductele care transporta gaze asociate dezbenzinate, care contin importante cantitati de C₂₊ si care nu ar putea fi valorificate in schele.

In aceste cazuri se realizeaza o instalatie de extractie la marginea orasului, inaintea statiei principale de reglare si masurare.

Gazele din conducta sunt mai intai deshidratate pana la un punct de roua de – 40^o C prin adsorbtie cu alumina sau silicagel. Dupa deshidratare, gazele trec printr-un schimbator regenerativ unde se racesc. In continuare sunt racite cu etan, sunt din nou racite si apoi separate. Lichidul retinut este destins si separat din nou. Gazul de echilibru din primul separator este apoi comprimat si introdus in conducta pentru a fi trimis la consum. Lichidul retinut este dirijat la o instalatie petrochimica, constituind o pretioasa materie prima.

Aceste instalatii au luat o mare raspandire in ultimul timp, deoarece in petrochimie se pot valorifica superior fratiile C₂₊, care sunt nerational folosite in cazul arderii in focare.

Utilizand un schimbator regenerativ, sarcina frigorifica se reduce mult si procesul devine mai economic.

Lichefierea gazelor naturale asigura posibilitatea transportarii acestora la orice distanta pe glob, de aceea este in plina dezvoltare si constituie unul din cele mai eficiente mijloace de acoperire a necesarului de combustibil a marilor aglomeratii urbane si industriale.

2.4.2. Izolarea rezervoarelor pentru depozitarea gazelor naturale lichefiate

2.4.2.1. Izolarea rezervoarelor cilindrice (tuburilor metalice)

Spuma de poliuretan este sistematic utilizata pentru izolarea termica a rezervoarelor cilindrice de gaze naturale lichefiate sau a gazelor reci. Grosimea stratului de izolatie este un compromis intre exigentele tehnice si cele economice. Astfel, pentru rezervoarele cilindrice considerate, izolatia se poate face in scopul:

reducerii intrarii caldurii in interiorul rezervorului si poate avea un cost acceptabil;

mentinerii rezervorului in afara fenomenului de deformare datorita mansoanelor de gheata voluminoase (in acest caz intrarea caldurii nu are importanta).

Spuma de poliuretan sub forma de vapori este acoperita de un film de bitum si de doua foi de aluminiu intarite cu fibra de sticla, cu rol de protectie la umiditate, socuri exterioare si protectie ignifuga.

2.4.2.2. Izolarea rezervoarelor de capacitate mica

Rezervoarele de capacitate mica, de tipul baloanelor de purjare din instalatiile de gaze naturale lichefiate sunt de obicei protejate la variatiile de temperatura (protectie ignifuga), spatiul dintre peretii dubli fiind injectat din constructie cu poliuretan. Aceasta tehnica este asemanatoare celei de constructie a tuburilor metalice.

Cisternele rutiere pot fi de asemenea protejate la incendiu prin aceeasi metoda, sau cu perlita mentinuta sub presiunea absoluta (1kPa).

2.4.2.3. Izolarea rezervoarelor cu membrana

Pentru rezervoarele cu membrana, materialul izolant este pus pe suprafata interna a cuvei exterioare, iar cuva interioara este fixata pe izolatie.

Tehnica Technigaz: Izolatia este bazata de Klegecel (PVC), cu grosime totala de 168 mm si o contraplaca de 12 mm, pozitionata pe membrana, care imbraca peretii si fundul rezervorului. Capul este izolat cu vata de sticla de 300 mm grosime.

Tehnica Gaz Transport: Izolatia este din pudra de perlita plasata pe interiorul rezervorului. In spatiul izolatiei termice trebuie mentinuta o presiune mai mica decat presiunea absoluta (0,1 – 1 kPa), sau trebuie presurizata pentru a proteja pudra de perlita la umiditate.

Pentru rezervoare cu cuva autoportanta, izolatia este realizata cu perlita pentru partea laterala, din fibra pentru fundul rezervorului si din vata de sticla pentru capac.

2.4.3. Urmarirea rezervoarelor in exploatare

Pentru urmarirea rezervoarelor in exploatare a fost conceput un dispozitiv utilizat pentru expertizari punctuale si care permite controlul:

Starii suprafetei interne a rezervorului (suduri, fisuri etc.)

Pozitia sistemelor de securitate (clapeta de fund etc.)

Starea aparatelor de masura (sondelor de nivel etc.)

Acesta este compus din:

Aparat de vizualizare, care este constituit dintr-un endoscop rigid cu lentila, compus dintr-un ocular, un tub telescopic si un obiectiv; o prisma montata in fata obiectivului permite, prin variatia inclinarii ei, trecerea de la o vedere axiala la una laterala;

Sistem de iluminare, compus din lampi cu halogen de joasa tensiune, cu fascicul dirijabil, care se poate orienta cu ajutorul unor comenzi de la distanta prin cablu si astfel este posibila dispunerea lampilor la adancimea dorita;

Ansamblu de protectie, care este compus dintr-o sita maturata de un current de aer cald, uscat si inert, pentru fiecare din aparatele de mai sus, izolandu-se astfel de atmosfera rece din partea superioara rezervorului.

2.4.4. Precautii la utilizarea gazelor naturale lichefiate

Aportul de caldura intr-un echipament care contine gaze naturale lichefiate are ca urmare vaporizarea partiala a acestora si daca gazul se gaseste intr-un spatiu inchis, aceasta duce la o crestere rapida si inevitabila de presiune.

Pentru spatii de mica importanta (tronson de teava intre doua robinete), se monteaza supape pentru a le proteja de cresterile de presiune peste limita admisibila.

Aburii reziduali rezultati dintr-o instalatie de gaze naturale lichefiate au o valoare energetica importanta si de aceea sunt utilizati in mod uzual:

Pentru comprimare, intorcandu-se la faza dinaintea lichefierii;

Pentru consumurile energetice interne.

Gazele naturale lichefiate sunt un amestec de gaze pure. Compozitia gazelor dintr-un rezervor etans este diferita pentru faza lichida si faza gazoasa. Gazul natural lichefiat rezidual va avea o concentratie foarte mare de compusi mai putin volatili (hidrocarburi grele), acest fenomen fiind denumit imbatranirea gazelor naturale lichefiate.

Coborarea temperaturii echipamentului (pentru a-l pune in functiune pentru prima data, dupa o reparatie, ori dupa o incalzire excesiva) se face progres

In conditii de exploatare normale, echipamentele sunt pe cat posibil mentinute la temperaturi scazute, fie prin circulatia, fie prin evaporarea de gaze naturale lichefiate. Mentinerea la temperaturi scazute prin evaporare necesita precautii suplimentare:

Innoirea periodica a gazului natural lichefiat pentru a evita imbatranirea acestuia;

Supravegherea dispozitivelor de de-gazeificare pentru a evita riscul de patrundere de lichid in circuitul de vapori.

Armaturile (robinete, vane etc.) au o parte care lucreaza la temperatura mediului ambiant si alta care lucreaza la temperatura gazului natural lichefiat; si dupa aceea, separarea termica este asigurata de lungimea pieselor, calitatea izolatiei locale si absenta scaparilor de gaze, care pot modifica gradientul termic.

La majoritatea tipurilor de pompe, arborele nu functioneaza la o temperatura uniforma; alinierea corespunzatoare a pieselor si o buna functionare a garniturilor criogenice necesita o supraveghere atenta.

Izolarea echipamentelor se efectueaza in scopul:

-asigurarii protectiei mecanice fata de suprasarcina aparuta din inghetarea condensului atmosferic si a posibilitatilor de deformare;

-limitarii aportului caloric generat de evaporare, in special pentru rezervoarele de gaze naturale lichefiate.

Problemele de securitate ale unei instalatii de gaze naturale lichefiate sunt rezolvate prin utilizarea de:

Materiale criogenice;

Moduri de prevenire si de indepartare a accidentelor datorate gazelor naturale lichefiate; reguli de exploatare impuse personalului.

Atentia personalului care exploateaza aceste instalatii este in mod deosebit solicitata:

In timpul manevrelor, cum ar fi izolarea unui rezervor, in conditiile in care vanele nu sunt niciodata perfect etanse;

Datorita riscului aparitiei de probleme respiratorii la personalul care lucreaza in atmosfera de gaze.

Valorile stabilite pentru puterea calorica a gazului natural care se acumuleaza intr-un rezervor de gaze naturale lichefiate nu sunt intotdeauna respectate in ceea ce priveste valorile maxime, mai ales cand timpul de stocare depaseste momentul de aparitie a imbatranirii gazelor naturale lichefiate.

Corectia se poate efectua :

Prin amestecarea, in faza lichida, cu un gaz natural lichefiat mai putin bogat;

Prin adaugarea de gaze inerte (azot, aer) sau prin extragerea de GPL.