АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Газохранилища

Для хранения газов служат специальные газохранил ища (газгольдеры)—герметически замкнутые резервуары; объем некоторых газгольдеров достигает 600 ООО м3.

В отличие от обычных резервуаров газохранилища имеют специаль­ные устройства, обеспечивающие их герметичность при наполнении, хра­нении и расходовании газа из хранилища.

По конструктивным особенностям различают газохранилища:

1) низкого давления, для газов с избыточным давлением не выше 500 мм вод. ст.\

2) высокого давления, избыточное давление газа в которых дости­гает 5 ати и выше (обычно 3 ати).

Газохранилища низкого давления делятся на мокрые и сухие.

Мокрые газохранилища низкого давления. Мокрое газохранилище (рис. 89) представляет собой металлический колокол 1, погруженный от­крытым концом в бассейн 2 с водой. Под колокол подведены газопро­воды для приема газа и транспортирования его к местам потребления. При опорожнении хранилища колокол погружен в бассейн (рис. 89, /), а' в наполненном газом хранилище колокол поднят на некоторую высоту (рис. 89, II).

Высота колокола определяет высоту водяного резервуара или бас­сейна. Для того чтобы не увеличивать сильно высоту резервуара, ко­локол изготовляют из нескольких звеньев—так называемых телескопи­ческих колец или просто телескопов (рис. 90).

Телескопы соединены с верхней частью и между собой герметически при помощи гидравлических затворов; высота столба жидкости в затво­рах должна быть больше высоты, соответствующей внутреннему избы­точному давлению в газохранилище.

Верхний край каждого звена газохранилища изогнут желобооб - разно внутрь, а нижний—наружу. Когда колокол под давлением газа поднимается вверх, желобы («чашки») подвижных звеньев входят один в

11 А. Г. Касаткин.

Другой и вода, находящаяся в каждом нижнем желобе, создает гидрав­лический затвор.

Таким образом, колокол и телескопы являются подвижными звенья­ми газохранилища, которые создают и поддерживают давление газа в нем.

Для неизменного положения подвижных звеньев хранилища относи­тельно оси резервуара колоколы и телескопы снабжаются внешними и внутренними роликами, скользящими по направляющим.

Число подвижных звеньев в газохранилище обычно не превышает пяти, так как с увеличением их числа чрезмерно возрастает высота газо­хранилища и усложняется его сооружение.

Соотношение между диаметром газохранилища и его высотой вы­бирают, исходя из условия наименьшего расхода материалов. Толщину

Стальных листов подвижных звеньев газохранилища определяют расчетом, причем в большинстве случаев она рав­на 2—3 мм; листы соединяют заклеп­ками на прокладке или сваривают. Бассейны газохранилища выполняют из стали и железобетона.

Газохранилища мокрого типа уста­навливают в специальных зданиях или на открытом воздухе. Здание за - ^ щищает хранилище от атмосферных влияний, но при этом вокруг газохра­нилища создается закрытое простран­ство, что нецелесообразно с точки зре­ния взрывобезопасности; кроме того, по­стройка здания значительно удорожает все сооружение. Поэтому емкость за­крытых газохранилищ мокрого типа не превышает 15 000—20 ООО м3.

Открытые мокрые газохранилища сооружаются разной емкости: от 100 до 150 000 м3.

Полезный объем мокрого газохранилища определяют следующим образом:

Для однозвенного газохранилища (см. рис. 89) V = ^r(H-h0) м3

Для двухзвенного газохранилища (см. рис. 90)

4 (Нг — Hx — H0) М3

Для трехзвенного газохранилища (см. рис. 90)

"f (H2-h9-h0)M* (1-172)

Где D—диаметр колокола в м; Dt и D2—диаметр телескопов в м;

Н—высота колокола в м; Нх и #2—высота телескопов в м.

Высота h0 определяется как сумма двух величин

H0 = hn+hm

Где hn—высота столба жидкости, соответствующая наибольшему давле­нию газа в газохранилище, в м; hm—дополнительная высота (в размере 2-Ю-3 м на каждый метр диа­метра колокола) в связи с возможностью отклонения вертикальной оси колокола при подъеме, колебания зеркала воды в бассейне при ветре ит. п.

Эти формулы выведены без учета объема сферической части коло­кола.

Для вычисления давления газа в газохранилище обозначим (рис. 91): G—вес колокола в кгс; 5—вес стенок колокола в кгс, D—диаметр колокола в лг, h—высота стенок над поверхностью воды в м\ Н0—высота цилиндрической части колокола в м\ f—стрела прогиба сферического днища колокола в м.

Давление газа, возникающее за счет веса коло­кола, можно выразить так:

(j G Ро = -/Г = кгс/ж2

Один килограмм стали при погружении в воду испытывает направленную вверх силу давления (архи­медову силу), равную у^;^0,128 кгс.

Следовательно, вес колокола при погружении его нижнего края в воду на величину Н0—h уменьшится на

G'=0,128(//0— h) —кгс

"о

Соответственно давление под колоколом уменьшается на величину

Г кгс/м*

Уменьшение давления произойдет также вследствие разности удель­ных весов воздуха, окружающего газохранилище, и газа под колоколом.

Сила, направленная вверх, возникающая вследствие разности удель­ных весов окружающего воздуха и газа, равна

G" = (Тв — Тг) h кгс

Где ув и уг—уд. вес воздуха и газа в кгс/м3.

Соответственно уменьшение давления будет равно

Кгс/м?

1Г

Истинное давление газа под колоколом определится из уравнения

P = Po-P'-P" = G~^G" (1-173)

4

Из уравнения (1—173) видно, что давление в газохранилище зави­сит от глубины погружения колокола и, следовательно, является пере­менной величиной. Кроме того, давление в значительной мере зависит от

Температуры окружающего воздуха.

Давление в многозвенном газохрани­лище определяется так же, как и в одно - звенном, с той лишь разницей, что необхо­димо учесть вес воды в желобах. Обозначим:

Gv G2, G3, ... ,Gn—вес звеньев колокола в кгс\

Wlt W2, W3, ... ,Wn—вес воды в желобах в кгс.

Тогда теоретически давление в газохрани­лище

П _ • • • • ■ • 4-Wn)

Р о—

~Г (1—174)

Г

Де п— число звеньев выше уровня воды в резервуаре (бассейне). Потери в весе многозвенного газохра­нилища определяют так же, как и для одно- звенного.

Если газохранилище установлено не в закрытом помещении, а открыто, то для зимних условий при вычислении давления газа необходимо к весу колокола прибавить вес снега, скапливающегося на верхнем днище колокола, причем для средней поло - * сы СССР нагрузку от снега можно прини­мать равной ~90 кгс/м2. низкого давления. Основными недостатками мокрого газохранилища с водяным резервуаром и гидравлическим затво­ром являются высокая стоимость, большой расход металла и необходи­мость постройки специального здания или устройства обогрева для зим­них условий.

Более дешевыми и менее чувствительными к изменению климати­ческих условий являются сухие газохранилища. Схема одной из конструк­ций сухого газохранилища приведена на рис. 92. Газохранилище состоит из неподвижного закрытого многогранного резервуара /, внутри которого находится подвижной диск (шайба) 2, герметично прилегающий к вну­тренней поверхности стенок резервуара. Газ подводится снизу под шайбу; при наполнении хранилища газом шайба поднимается вверх, а при рас­ходе опускается вниз.

Шайба движется свободно, подобно поршню, на роликах 3, сколь­зящих по угловым стойкам. Уплотнение между шайбой и стенками бывает различным и является основным отличием сухих газохранилищ различ­ных типов. В приведенной конструкции уплотнение создается при по­
мощи тонкой эластичной стальной полосы, которую прижимает к стен­кам рычаг (рис. 93). Рычаг 1, на оси вращения 2, коротким коленом упи­рается в эластичную стальную пластину 3, а на конце длинного колена помещен груз 4. Так как такие рычажные механизмы установлены вдоль всей внутренней поверхности резервуа­ра близко друг от друга, а пластина эластична, то последняя плотно прижи­мается к стенкам газохранилища. По­движная шайба имеет желоб, в котором находится смола, создающая гидравли­ческий затвор; смола протекает в неплот­ности между эластичной стальной пласти­ной и стенкой хранилища и обеспечивает герметичность сопряжения. Часть смолы, которая просачивается через неплотности сопряжения, стекает в нижнюю область газохранилища, собирается в приемнике и по мере накопления перекачивается в желоб.

Широко распространены также га. 3' зохранилища, в которых уплотнение осу­ществляется специальной набивкой, ра_ ботающей аналогично поршневым коль­цам насосов и компрессоров. Газохрани­лища этой системы имеют цилиндриче­скую форму, так как при круглом сечении легче достичь герметичности набивки.

В большинстве случаев вес шайбы сухих газохранилищ не обеспе­чивает заданного давления газа (до 400 кгс/м2) и ее нагружают балла­стом. Давление газа в сухих газохранилищах равно сумме веса шайбы и балласта, деленной на площадь свободного сечения газохранилища.

Сухие газохранилища обладают многими преимуществами перед мокрыми.

Газ из сухого хранилища выходит таким же сухим, каким он был до поступления в него. Давление газа в сухом газохранилище пропорцио­
нально весу шайбы, а так как вес шайбы постоянен, то и давление под шайбой должно быть постоянным, если не учитывать колебаний вслед­ствие изменения барометрического давления и температуры окружающей среды, а также положения шайбы и удельного веса газа.

Изменение давления в зависимости от положения шайбы и удель­ного веса газа выражается величиной

Др = /г(їв —Тг) кгс/м2 (1 — 175)

Где h—высота газового слоя в м\ Тг и їв—УД- вес газа и воздуха в кгс/м3.

Сухие. газохранилища могут сооружаться практически любой емко­сти; при емкости свыше 10 ООО м3 сухие газохранилища более экономич­ны, чем мокрые.

Газохранилища высокого давления. Газохранилище высокого давле­ния (с постоянным объемом) представляет собой герметически закрытый сферический или цилиндрический резервуар, в который газ подается под давлением.

Газ из хранилища удаляется через трубопровод, снабженный ре­дукционным вентилем. По сравнению с газохранилищами низкого давле­ния эти хранилища более компактны, не нуждаются в обогреве и просты в эксплуатации, но требуют больших затрат энергии на сжатие газа. Поэтому такие газохранилища с постоянным объемом применяют главным образом в тех случаях, когда по условиям производственного процесса газ должен подаваться под давлением. Емкость таких хранилищ дости­гает 20 ООО м3.

В последнее время все большее распространение получают газо­хранилища высокого давления сферической формы (рис. 94), на изгото­вление которых требуется меньше металла, чем на цилиндрические вер­тикальные газохранилища.