	Aeronautica	Comunicatii	Constructii	Electronica	Navigatie	Pompieri
	Tehnica mecanica

Instalatii

Index » inginerie » » constructii » Instalatii
» Depozitarea subterana a gazelor naturale

Depozitarea subterana a gazelor naturale

DEPOZITAREA SUBTERANA A GAZELOR NATURALE

1.Inmagazinarea gazelor in conducte de transport (magistrale)

Cea mai simpla metoda folosita pentru preluarea varfurilor orare de consum o constituie folosirea capacitatii de inmagazinare a conductelor magistrale. Ea se realizeaza intre perioada de consum minim (cand datorita faptului ca debitul nominal al conductei este mai mare decat debitul consumat, iar presiunea in punctul final ajunge la valoarea maxima) si perioada de consum maxim (cand necesarul de gaze este mai mare decat debitul nominal al conductei, iar presiunea in punctul final atinge valoarea minima).

Pentru determinarea capacitatii de stocare a unei conducte trebuie introdusa o expresie pentru continutul total al conductei cre va tine seama de conditiile variabile de presiune de-a lungul acesteia. Cu o asemenea expresie se determina cantitatea totala din conducta in regim normal de curgere si in conditiile acumularii unei cantitati suplimentare, iar din diferenta celor doua rezulta cantitatea de gaze stocate. Intr-o conducta are loc o acumulare atunci cand preluarea din conducta tinde catre un minimum, in cazul in care debitul de intrare se mentine constant, iar presiunea de intrare tinde catre un maximum . Debitul pentru conditiile acumularii este o medie intre debitul minim si cel mediu pentru o zi. Dintr-o conducta se iau cantitati suplimentare de gaze atunci cand preluarea tinde catre un maximum, iar presiunile scad catre o valoare minima in conditiile in care debitul de intrare se mentine constant.

Fig.1 Variatia presiunii de-a lungul conductei

Pentru ecuatia lui Weymouth poate fi derivata o expresie care ia in consideratie varitia compresibilitatii gazelor in functie de presiune. Se noteaza cu p presiunea absoluta in

orice punct al conductei. Astfel formula lui Weymouth pentru debitul transportat printr-o conducta de lungime L in orice conditii de curgere are forma:

(1.1)

in care

- debitul orar [/h];

T si - temperatura gazelor in conducta si cea de referinta [K];

p, si -presiunile la intrare, iesire si de referinta [bar];

D- diametrul conductei[cm];

L- lungimea conductei [km];

si sunt conditiile de referinta considerate, iar si sunt densitatea relativa in raport cu aerul si respectiv factorul de abatere al gayelor.

Notam:

(1.2)

(1.3)

(1.4)

Un element de volum infinitezimal in conditiile curgewrii se poate scrie:

dV=1000AdL (1.5)

unde: A-aria sectiunii de curgere.

In conditiile de referinta vom avea:

dV=1000AdL (1.6)

Integand sa afla volumul total de gaze din conducta:

V= (1.7)

Inlocuind in (1.7) valoarea lui p din (1.3) obtinem:

(1.8)

cu L de la 0 la L (1.9)

(1.10)

Raportat la intreaga lungime avem

(1.11)

(deoarece A-in , iar D in cm) (1.12)

Inlocuind in (1.11) si (1.12) in (1.10) obtinem volumul de gaze din conducta, la un anumit moment

Din diferenta vplumelor de gaze continute in conducta la doua momente date, obtinem volumul inmagazinat.

Capacitatea de inmagazinare a unei conducte este cu atat mai mare cu cat presiunea la intrarea in conducta este mai mare si cu cat volumul acesteia este mai mare (eficienta maxima o prezinta sistemele de transport interconectate). In intervalul in care se face inmagazinarea, capacitatea de transport a conductei se diminueaza pe masura ce presiune la capatul final alconductei creste.

2. Depozitarea gazelor in distribuitoare inelare

Parcurile de rezervoare prezinta o investitie considerabila din cauza consumului mare de metal necesar pentru construirea lor; inseamna ca inmagazinarea gazelor in rezervoare de inalta presiune este neeconomica. Cea mai buna exemplificare o reprezinta determinarea presiunii de inmagazinare corespunzatoare unui volum optim. Din ecuatia generala a gazelor

pV=ZRT (3.1)

rezulta

sau (3.2)

Reprezentarea grafica a functiei (3.1), redata in figura 3.1 care arata ca volumul maxim de gaze ce poate fi inmagayinat in reyervoare este de 160 bar, ceea ce conduce la consum imens de material si folosirea compresoarelor speciale pentru incarcarea acestor rezervoare.

In loc de utilizarea parcurilor de rezervoare se poate folosi un sistem redat in figura3.2.

Mai multe conducte magistrale, venind din zone diferite, sunt interconectate la sosire printr-o conducta inelara, cu diametrul mare, amplasata inafara perimetrului de consum. In acest fel se asigura o continuitate a livrarilor de gaze, se utilizeaza mai eficient capacitatile de transport ale conductelor si se mareste substantial cantitatea de gaze care pot fi inmagazinate in conducte in timpul noptii pentru a satisface varfurile de consum de a doua zi. Un astfel de sistem constituie cel mai eficient regulator de debit atunci cand varful orar de consum este pronuntat.

Fig.3.1 Variatia volumului de gaze inmagazinate in recipiente de inalta presiune

Fig.3.2Interconectarea conductelor magistrale de transport gaze naturale

3. Interconectarea sistemelor de transport gaze naturale

Daca debitul de gaze necesar pentru acoperirea varfurilor este mai mare decat debitul maxim al unei conducte magistrale, se recomanda folosirea conductelor interconectate.

Interconectarea sistemelor de transport gaze prezints mai multe avantaje in procesul tehnologic de alimentare cu gaze a consumatorilor situati in diferite zone; dintre acestea reamintim urmatoarele:

marirea sigurantei in exploatare; in cazul aparitiei unei defectiuni pe un tronson, alimentarea totala sau partiala a cosumatorilor se face prin celelalte tronsoane aflate in functiune;

marirea supletei functionarii sistemului de alimentare cu gaze prin crearea posibilitatilor de a se efectua schimbarea sensului miscarii gazelor prin conductele interconectate (prin schimbarea nivelului productiei surselor de gaze) si a regimurilor tehnologice pe conducte ceea ce permite utilizarea optima a capacitatilor de extractie si de transport;

utilizarea maxima a capacitatilor de extractie si de transport al conductelor prin mentinerea unei presiuni maxime de exploarari si a unei presiuni minime la sosire; deficitul temporar de debit pe o conducta poate fi compensat dintr-o alta conducta in care exista un excedent de debit.

In perioadele de varf orar si diurn din perioada de iarna, interconectarea sistemelor de transport poate realiza debite suplimentare de 1520%.

Aplicatia 1.

La doua momente diferite din zi se inregistreaza urmatoarele presiuni intr-o conducta de transport gaze :ora 11 .00 p1=50 bar,p2=12 bar,iar la ora 17.00 p1=55 bar respectiv p2=20 bar.Sa se afle de cate ori a crescut vol.de gaze din conducta la ora 17.00 fata de

Ora 11.00

Rezolvare :

[(P1+P2)-p1*P2P1+P2][(55+20)-55*20/55+20]

r=———————————=───────────────=1,15 ori

[(p1+p2)-p1*p2p1+p2] [(50+12)-50*12/50+12]

Aplicatia 2.

Sa se calculeze volumul de gaze existent la un moment dat intr-o conducta de ø800mm si lungime de 40 km stiind ca la cele doua extremitati avem masurate presiunile p1=40 bar si p2=35 bar.Se stie ca temperatura gazelor in conducta 20sC

Rezolvare :

D²*Tref.*L

V=0,005───────[(p1+p2)-p1*P2/p1+p2]

Pref*T

0,8²*288*40000

V=0,005──────────[(40+35)-40*35/40+35]=727,5*10³ Nm³

1,O1325*293

Aplicatia 3.

Printr-o conducta de ø10 inch si lungime de 80 km,se transporta gaze naturale cu un debit mediu de1.000.000 Nm³/zi.Gazele sunt livrate la o presiune de 3,4 bar.Deoarece consumul scade,producandu-se o acumulare,la un moment dat se inregistreaza in conducta un debit min.de 280.000 Nm³/zi.Temperatura gazului din conducta este de 15sC.Care este capacitatea de stocaj a sondei presupunand ca presiunea in conducta se poate ridica pana la un max.de 50 bar ? Se cunoaste z=0,94,densitatea relativa=0,554

Rezolvare :

Vom determina pt.inceput presiunea de intrare in conducta :

(p1²-3,4²)*(10*0,0254)5,33

1000000/24=0,07*288/1,01325√————————————

0,554*288*80000*0,94

rezulta p1= bar

Pentru conditiile acumularii debitul este:

(1000000+280000)/2=640000 Nm³/zi

Stiind ca presiunea de intrare se poate ridica pana la 50 bar vom calcula p2 pentru conditiile acumularii :

(2500-p2²)*(10*0,0254)

640000/24═0,07*288/1,01325√——————————

0,554*288*80000*0,94

rezulta p2= bar

Asadar vom avea :

In conditiile acumularii p1=bar si p2= bar

In conditiile curgerii p1= bar si p2=bar

Pentru cele doua situatii vom calcula volumul de gaze existent in conducta:

In conditiile acumularii :

0,254²*288*80000

Va=0,005[(50+43)-50*43/50+43]=7007,138 Nm³

1,01325*288

In conditiile curgerii :

0,254²*288*80000

Vc=0,005[(40,1+3,4)-40,1*3,4/40,1+3,4]=4047,51 Nm³

1,01325*288

Prin urmare capacitatea de stocaj a conductei este:

Va-Vc=2959,628 Nm³

PROBLEME CHESTIONARUL 2-GRADUL IT

Problema 1.Gradul IT

O conducta de gaze are urmatoarele caracteristici:

Debitul de gaze transportat prin conducta este Q=80000 m³/h

Lungimea,L=100km

Temperatura gazelor in conducta,T=283K

Presiunea gazelor in pct.1 al conductei P1=50 bar,in pct.2 al conductei P2=12 bar

Z0=Z1=1

Conditiile de livrare:T0=288K,P0=1,01325 bar

Gazul este asimilat metanului

Se cere sa se calculeze :

Cantitatea de gaze stocate in conducta

Presiunea medie in conducta

Presiunea Px la distanta x=85km la capul 1 al conductei

Viteza medie a gazelor in conducta

Rezolvare:

a) D=√Q²*L/1,646²*(P1²-P2²)

D=0,31516 m

V=πD²/4*L=7797,07731m³

Pm=2/3(P1+P2²/P1+P2)=35,772 bara

Qs=7797,07731*35,772/1,01325=275269,72

b) Pmax =2/3(P1+P2²/P1+P2)=35,772 bara

c) Px=√P1²-Q²*L/1,646²*D5,33=23,11419559 bar

d) Q=80000*1,01325/35,772=2266,018 m³/h

Q=0,629449 m³/s

S=(0,31516)² *π/4=0,07797m²

Vm=0,629449/0,07797-8,073m/s

Problema 2-Gradul IT

Sa se determine pierderile de gaz in cursul inercarii timp de 24 de ore a unei conducte de gaz nou construita.Lungimea sectorului de incercat al conductei de gaz este de 10 km,diametrul de 400 mm.Presiunea la inceputul incercarii este de 40 bar,iar la sfarsitul ei,de 39,5 bar.Temperaturile sunt de ti=10sC si tf=17sC

Rezolvare :

S=πd²/4=0,1256m²

V=s*l=0,1256*10000=1256m³

Qi=V*41,01325/1,01325*288,15/283,15=51736,765m³

Qf=V*40,51325/1,01325*288,15/290,15=49871,992m³

Qi-Qf=1864,773m³

Rezervoare de gaze naturale

Exista 2 mari categorii de rezervoare de gaze naturale si anume acela de presiune joasa, la care presiunea relative nu depaseste 0,05 bari si acela de presiune inalta, in care depozitarea gazelor se efectueaza la presiuni relative de 5 pana la 7 bari[13].

La randul lor, rezervoarele de presiune joasa se impart in rezervoare cu etansate hidraulica (umede) si rezervoare cu etansare uscata (uscate). Ambele tipuri sunt rezervoare cu volum variabil si presiunea aproximativ constanta.

Un rezervor cu etansare hidraulica are drept particomponente un bazin umplut cu apa, un clopot suspendat cu ajutorul unui dispozitiv special si care este in fond un rezervor fara fund, scufundat cu partea deschisa in apa din bazin, precum si una sau mai multe sectiuni telescopice, adica rezervoare fara fund si fara capac. Pot fi considerate rezervoare umede numai cu capac sau clopot si cu una pana la trei sectiuni telescopice.

In cazul cel mai simplu al rezervorului umed fare sectiuni telescopice, clopotul coboara in bazn atunci cand rezervorul se goleste si se ridica la umplerea rezervorului cu gaze. Clopotul fiind partea mobila a rezervorului, mentine in aceasta presiunea necesara si asigura iesirea gazelor pentru consum.

La rezervoarele cu una sau mai multe sectiuni telescopice, presiunea depinde de nr sectiunii rdicate. Nu au fost construite rezervoare cu mai mult de 3 sectiuni telescopice, deoarece inaltimea rezervorului devine foarte mare.

Rezervoare e umede reprezinta sistemul cel mai vechi de depozitare a gazelor naturale, iar functionarea acestora in timp de iarna este dificila, deoarece este necesara o instalatie pentru incalzirea apei dn bazin si a sistemului de etansare hidraulica a clopotului si a sectiunii telescopice.

Rezervoarele uscate depresiune joasa sunt mai perfectionate si au forma unor rezervoare cilindrice obisnuite in interiorul carora se gaseste un disc mobil((piston). Acest piston se ridica la umplerea rezervorului cu gaze si coboara la golirea lui. Deoarece pistonul conditioneaza presiunea gazelor din rezervor, aceasta ramane practic constanta. Singura cauza de variatie a presiunii o constituie frecarea pistonului de perete, care la constructiile ingrijite nu depaseste insa 10^-3…1,5*10^-3 bar.

Rezervoarele uscate pot fi construite pentru capacitati foarte mair, pana la cateva sute de mii de metrii cubi standard. Din calcule rezulta ca de la o capacitate de peste 10000 Stm³, consumul de metal pentru Stm³ de gaze depozitate este mai mic decat la rezervoarele umede.

Problema cea mai impotanta ridicata de functionarea rezervoarelor uscate este realizarea garniturii de etansare a pistonului. Au fost propuse mai multe siteme de etansare, cu inele de cauciuc sau cu benzi de piele.

Fata de cele umede, rezervoarele uscate au avantajele de a necesita un consum mai mic de metal si cheltuieli mai mici de exploatare, de a exercita o presiune mai mica pe sol si de a nu marii umiditatea gazelor. De asemenea, presiunea gazelor este aproximativ constanta, iar rezervorul poate fi marit prin puprainaltare, fara a fi scos din exploatare. Dezavantajele constau in formarea ghetii pe peretii corpului si sub piston in timpul iernii. Atunci cand gazul este umed, ceea ce ingreuneaza activitatea pistonului, atunci existenta unui amestec exploziv intre piston di capac, eoarece etansarea nu este erfecta si insfarsit necesitatea unei precizii si executiei si motare.

Rezervoarele de presiune inalta sunt instalatii foarte simple, fara parti mobile, cu o exploatare facila. Functionarea acestora poate fi in intregime automatizata.

Rezervoarele de presiune inalta au volum constant si sunt, in general, de forma cilindrica. Acestea pot fi asezate vertical si orizontal.

Pentru alimentarea cu gaze a retelei de reparatie din parcul de rezervoare, langa aceasta se instaleaza o statie de reglarea presiumii. In cazul in care exista un astfel de parc, gazele naturale ies din statia de predare prin cel putin doua conducte, dintre care una alimenteaza reteaua de reparatie la presiunea necesara, iar cealalta alimentaeza parcul d rezervoare. In cazul in care alimentarea nu este necesara, rezervoarele fiind pline, gazele din conductade alimentare a parcului trec direct in statia de reglare a presiunii, de unde sunt introduce in reteaua de reparatie. Atunci cand consumul de gaze creste, intreaga cantitate de gaze din statie intra in reteaua de reparatie, iar gazele din rezervoare trec prin statia de reglare a presiunii in aceeasi retea.

Se mai poate realiza si o schema in care parcu de rezervoare serveste ca tampon pentru asigurarea alimentarii continue.

Capacitatea necsara a rezervoarelor se calculeaza pe baza graficului de consum zilnic. Volumul de gaze care poate fi livrat din rezervoare se numeste capacitatea de lucru a acestora. Daca V este volumul rezervoarelor, p₁- presiunea de lucru maxima din aceasta si p- presiunea la intrare in retea, capacitatea de lucru este - p_N fiind presiunea normala ; in aceasta formula, volumul V se exprima in Stm³, iar presiunile in bari.

Atunci cand presiunea din rezervoare scade, pana la presiunea de la intrarea in retea, capacitatea de lucru este utilizata integral.se intampla insa ca presiunea din rezervoare sascada nomai pana la o valoare curenta p_c<p, astfel ca volumul extras din rezervoare este raportul dintre acest volum si capacitatea de lucru a revervoarelor este

K_{u =}p₁-p_c/p₁-p

Se numeste coeficient de utilizare a capacitatii de lucru.

K si f au valori functie de clasa de locatie si fata de distanta la care se afla obiectivele invecinate.

Aplicatia 1

Sa se determine volumul necesar V pe care trebuie sa-l aiba un rezervor metalic cilindric vertical care trebuie sa stocheze un volum utilizabil de gaze de V_util = 5000 Nm³ stiind ca P_proiect= 7 bari abs, si presiunea minima de livrare a gazelor din recipient (P_min.livtare) este de 1,5 bar abs. Sa se aproximeze o valoare unitara pentru coeficientul de abatere de la gazele perfecte.

Rezolvare

V = 5000 / 7- 2*1,5= 1666 m³

Daca inaltimea recipientului este de 140 m atunci cat va fi diametrul Dal acestuia ?

D= = 14,6m