Технология возведения газгольдеров

Технология возведения газгольдеров

Газгольдер – сооружение для хранения газов под избыточным давлением.

Первым известным из описанных в технической литературе был газгольдер Нерета (1775 г.). По принципу работы он относился к группе сухих газгольдеров переменного объема и постоянного давления, которое создавалось специальной пружиной. В 1781 г. французский химик Лавуазье сконструировал первый в мире мокрый газгольдер емкостью около 100 л, предназначенный для хранения газа в лаборатории. Первоначально этот газгольдер имел прямоугольную форму, но через несколько лет (в 1789 г.) Лавуазье переделал его, придав газгольдеру цилиндрическую форму. Первый мокрый газгольдер промышленного типа был построен английским химиком Мордохом в 1816 г. в Брайтоне. Он имел прямоугольные очертания. Для уравновешивания отдельных элементов этого газгольдера были применены железные цепи с противовесами.

Газгольдеры переменного объема — мокрые и сухие, работающие при низком давлении, не превышающем 500 мм вод. ст. (0,05 атм). Газгольдеры переменного объема (низкого давления) Газгольдеры переменного объема по своей конструкции разделяются на две группы: мокрые и сухие. Мокрые газгольдеры большей частью делают телескопическими.  Схема мокрого газгольдера

Схема мокрого газгольдера Верхняя часть такого газгольдера — колокол — может подниматься вверх под влиянием давления газа, увлекая за собой промежуточные кольцевые звенья — телескопы. Телескопов может быть и несколько.

В нижней части мокрого газгольдера — резервуаре — налита вода. Газ подается снизу и наполняет весь газгольдер. Колокол и телескоп по мере подъема зачерпывают воду своими карманами-желобами, расположенными по краям, причем зачерпнутая в карман вода служит гидравлическим затвором, не пропускающим газ наружу.  Для того, чтобы обеспечить плавное движение колокола и телескопа и избежать перекосов, вокруг газгольдера устанавливают направляющие двутавровые стойки, которые связывают крестами в жесткую пространственную конструкцию. По стойкам двигаются ролики, прикрепленные с помощью консолей к поднимающимся частям газгольдера.

При опускании на дно эти части устанавливаются на специальные подкладки. Резервуар рассчитывается как обычно на давление воды; поэтому толщина его стенок несколько больше, чем толщина стенок телескопов. Минимальную толщину стенок принимают равной 4 мм, крыши колокола 2,5 — 3 мм. Крышу колокола делают из листов, укладываемых на наклонные стропила из швеллеров, прикрепляемых к фасонкам. В центре стропила присоединяются к швеллерному кольцу.  Стропила соединяются между собой кольцевыми уголками и решеткой, расположенными в одной плоскости (для удобства раскладки листов). Мокрые газгольдеры делаются кубатурой от 100 до 32 000 м3 (ГОСТ 2908-45).

Схема сухого газгольдера Сухой газгольдер представляет собой неподвижный корпус с днищем и крышей, внутри которого перемещается поршень-шайба. Сухие газгольдеры делают кубатурой от 10 000 до 100 000 м3. При наполнении газгольдера снизу газ после достижения им определенного давления преодолевает вес поршня и поднимает его; при расходе газа поршень опускается и своим весом вытесняет газ. 

Газгольдеры постоянного объема, работающие при высоких давлениях газа, — от 2 до 20 ати (избыточных атмосфер1) Мощные газгольдерные станции обычно состоят из нескольких десятков или сотен одинаковых газгольдеров постоянного объема. Объем газгольдера может колебаться в широких пределах (от 100 до 5 000 м3). Газгольдеры постоянного объема могут быть сферическими и цилиндрическими. 

Затраты металла на конструкции шаровых газгольдеров примерно на 1/3 меньше, чем на цилиндрические. Однако шаровые газгольдеры не имеют широкого применения вследствие трудности изготовления листов двойной кривизны, а также вследствие своей негабаритности. Более распространены цилиндрические газгольдеры. 

Цилиндрические газгольдеры по своим размерам могут быть габаритными и негабаритными. Известно, что стоимость эксплуатации газовой станции уменьшается при увеличении объема газгольдеров и уменьшении количества их. Поэтому рационально иметь негабаритные цилиндрические газгольдеры большого диаметра, располагая их на двух опорах. Но при этом большая часть работ по изготовлению газгольдера должна производиться на строительной площадке, что приводит к повышению стоимости газгольдера.

Габаритные газгольдеры, допускающие перевозку их в готовом виде по железной дороге, делаются либо диаметром 3,25 м (габаритность 1-й степени), либо диаметром до 3,9 м (габаритность 3-й степени). Это позволяет изготовлять их целиком в заводских условиях с применением автоматической сварки. Габаритные газгольдеры могут быть расположены на газгольдерной станции вертикально или горизонтально.Конструкция цилиндрического газгольдера состоит из цилиндрического корпуса и двух полусфер. Полусферы, как правило, привариваются к цилиндрической части встык, что можно сделать вследствие наличия общей касательной в месте сопряжения. Однако вследствие разной толщины сферической и цилиндрической оболочек в сопряжении развиваются дополнительные краевые напряжения, поэтому сварка должна быть высококачественной и с обязательной подваркой с противоположной стороны. При соединении полусферы с цилиндром внахлестку перепуск листов делают на длину примерно 60 мм.  Листы цилиндрической части газгольдера свариваются встык или внахлестку. Шов встык лучше и экономичнее. Вертикальные газгольдеры подвешиваются к опоре, как показано на фигуре д. На опорах горизонтальных газгольдеров устраивают либо наружное опорное кольцо, либо внутренний треугольник жесткости. В случае работы цилиндрической и сферической оболочек на всестороннее сжатие (например, при наличии вакуума) оболочка должна быть проверена на устойчивость.

В мокрых газгольдерах герметизация осуществляется с помощью гидравлического (обычно водяного) затвора, в сухих – любыми другими способами, например, с применением сальниковых уплотнений. Мокрый газгольдер (рис. 1) состоит из стального резервуара для воды с внешними и внутренними направляющими; одного (колокол) или двух (колокол и телескоп) подвижных звеньев для хранения газа, так называемой камеры газового ввода (вывода); автоматической системы указания объема газа и сигнализации положения колокола, а также предохранительных устройств; средств отопления; вентиляции камеры и подогрева воды в резервуаре газгольдера в зимнее время. Колокол и телескоп – вертикальные цилиндрические резервуары (первый, монтируемый внутри второго, – с крышей, но без дна, второй – без крыши и дна), устанавливаемые в другом вертикальном цилиндрическом резервуаре (с дном, но без крыши) большего диаметра, заполненном водой, которая обеспечивает герметизацию газового пространства внутри подвижных звеньев при работе газгольдера.

Рис. 1. Мокрый газгольдер: 1 – камера газового ввода (вывода);  2 – гидравлический затвор; 3 – клапанная коробка автоматического сброса газа; 4 – труба сброса газа; 5 – газовый стояк; 6 – резервуар с водой;  7 – телескоп; 8 – колокол; 9, 11 – соответственно внешняя и внутренняя направляющие; 10 – подъемное приспособление; 12, 13 – соответственно нижний и верхний ролики

Подача газа под колокол и телескоп производится по трубопроводу через гидравлический затвор, расположенный в камере, и газовый стояк; забор газа из газгольдера осуществляется в обратном порядке. Гидравлический затвор служит также для отвода конденсата из газа и отключения газгольдера от газовых сетей на период ремонтов и остановок. При заполнении газом пространства под колоколом последний всплывает, перемещаясь вертикально вверх по направляющим, входит в зацепление с телескопом, поднимает его и продолжает перемещаться под давлением поступающего газа. Колокол и телескоп опираются на направляющие с помощью верхних и нижних роликов. Когда давление газа под колоколом уравновесится его весом или одновременно весом колокола и телескопа, подъем колокола прекращается. Вес колокола с телескопом уравновешивает давление газа 1,5–2,0 кПа. Для увеличения давления газа колокол догружают специальными грузами. Максимальный вес грузов выбран таким образом, чтобы обеспечить давление газа под колоколом  4–5 кПа. Достоинствами мокрых газгольдеров являются: высокая эксплуатационная надежность, простота обслуживания. Недостатки – необходимость обогрева в зимнее время, относительно большая металлоемкость и, соответственно, ограниченность объема хранимого газа (до 100 тыс. м3). Мокрые газгольдеры применяют, как правило, в качестве буферных емкостей на всасывающих линиях компрессоров.

Сухие газгольдеры служат для хранения газов под низким или высоким давлением. Герметизация газгольдеров низкого давления осуществляется в основном с помощью эластичных сальников. Достоинства таких газгольдеров – небольшая металлоемкость, значительные объемы хранимого газа (до 500 тыс. м3); недостаток – сравнительно малая надежность уплотнительного элемента. Анализируя мировую практику, можно сделать вывод, что большее распространение получили мокрые газгольдеры низкого давления. Их строительство хорошо освоено, и они удобны в эксплуатации. Сухие газгольдеры низкого давления малонадежны в эксплуатации. Газгольдеры высокого давления использовались ранее в городских газораспределительных сетях для покрытия суточной неравномерности газопотребления. В связи с увеличением доли природного газа в топливно-энергетическом балансе емкость газгольдеров с определенного момента времени перестала обеспечивать необходимые объемы резерва газа. Поэтому после появления подземных хранилищ газа газгольдеры применяются в основном только на химических и газонефтеперерабатывающих заводах для хранения, смешения газов и для других технологических операций.