SU1713856A1 - Способ хранени жидкого топлива в вечномерзлых грунтах - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технологии создани  хранилищ жидкого топлива в зоне вечной мерзлоты и м.б. использовано при хранении газового конденсата, дизельного топлива, керосина, бензина. Цель - снижение затрат и трудоемкости хранени  за счет исключени  вли ни  атмосферного воздуха. Сооружают подъегу1ное хранилище. Р дом с ним под землей сооружают емкость дл  охлаждени  топлива. Размещают в ней теплообменник. В зимний период осуществл ют в ней намораживание льда. Дл  этого заполн ют ее водой и затем прокачивают по теплообменнику охлажденное топливо из хранилища в замкнутом цикле. В летний период охлаждение топлива осуществл ют путем прокачки его в емкости со льдом и последующего слива в подземное хранилище. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к технологии создани  хранилища жидкого топлива в зоне вечной мерзлоты и может быть использовано при хранении газового конденсата, дизельного топлива, керосина, бензина.

Известен способ хранени  жидкого топлива в незакрепленных подземных выработках , облицованных льдом, предотвращение оттаивани  которого при заполнении хранилища теплым топливом достигаетс  путем регулировани  скорости его слива. Оттаивани  лед ной облицовки и оттаивани  и обрушени  вечномерзлых пород не происходит, если скорость подвода тепла к поверхности теплообмена не превышает способности мерзлых пород отводить тепло

в глубь массива. При этом охлаждение прогретого массива мерзлых пород вокруг хранилища осуществл етс  в результате теплообмена, с топливом, охлаждаемым в морозный период года посредством его прокачки через надземный трубопровод (теплообменник).

Недостатком способа  вл етс  медленное заполнение хранилища теплым топливом в св зи с необходимостью снижени  тепловой нагрузки на его теплообменную поверхность. Это вызывает простои трансПортного средства или необходимость строительства дополнительной наземной емкости.,

Известен также способ хранени  жидкого топлива в ледогрунтовых хранилищах, в которых сохранение начальной температуры окружающих их мерзлых пород обеспечиваетс  охлаждением топлива перед сливом до отрицательной температуры.

Топливо охлаждаетс  путем прокачки последовательно через трубопровод, окруженный льдом (секци  1), и трубопровод, погруженный в криогидратную смесь (секци  II). В секции I топливо охлаждаетс  до околонулевой положительной температуры, в секции II - до отрицательной температуры . Лед послойно намораживаетс  зимой в наземных бунтах, которые дл  предохранени  от та ни  в летнее врем  покрывают теплоизол ционной засыпкой.

Криогидратна  смесь, представл юща ) собой насыщенный водный раствор поваренной соли, размещаетс  в железобетонном резервуаре. Дл  поу учени нужной отрицательной температуры в рассол посто нно добавл ют куски льда, которые выкдлывают из специально намороженного дл  этого бунта. При этом по мере снижени  концентрации раствора за счет та ни  льда температура его повышаетс . Дл  поддержани  нужной температуры по мере та ни  льда в рассол добавл ют еще и соль. Поэтому резервуар дл  криогидратной смеси должен быть достаточно большого объема, рассод из него периодически удал тьс . Определенную сложность представл ет утилизаци  удал емого рассола.

Как подсчитано, дл  охлаждени  1000 м жидкого топлива с 15 до минус 4°С требуетс  600 м лед ного бунта, в том числе около 100 м рабочего льда. Последний ежегодно намораживаетс  в бунте послойной заливкой воды. Дл  этого необходимо убйрать теплоизол ционную засыпку, котора  обычно по мере та ни  льда осыпаетс , смешиваетс  с водой и в результате этого тер ет свои теплоизол ционные свойства. После намораживани  льда бунт снова покрываетс  теплоизол ционной засыпкой.

Таким образом, недостатками этого способа  вл ютс  сложность технологии намораживани  льда и затраты на его сохранение от та ни  под воздействием солнечной радиации и теплого атмосферного воздуха.

Цель изобретени  - упрощение способа и исключение вли ни  внешних воздействий . Поставленна  цель достигаетс  тем, что р дом с основной сооружают дополнительную подземную емкость и размещают в ней теплообменник, затем емкость заполн етс  водой, котора  замораживаетс  в зимний период путем перекачки охлажденного

топлива из основной емкости по системе теплообменников в замкнутом цикле, а в летний период путем перекачки охлажденнрго топлива из основной емкости по системе теплообменников теплое топливо из транспортного средства перед заливкой в основную емкость охлаждают путем перекачки его через теплообменник, размещенный в массиве намороженного льда в дополнительной емкости.

На чертеже показано устройство дл  реализации способа.

В зимнее врем  вентили 5 и 8 закрыты. Жидкое топливо 13 из основной подземной емкости 12 с помощью погружного насоса 14 последовательно прокачиваетс  через надземный трубопровод 10, теплообменник 3, расположенный в дополнительной подземной емкости 1 с водой 2, и наземный трубопровод 11. При этом топливо в наземных трубопроводах 10и 11 в результате теплообмена с холодным атмосферным воздухом охлаждаетс . Холодное топливо, проход  через теплообменник 3, отбирает тепло из окружающей его воды, котора  вследствие этого постепенно замерзает вокруг теплообменника.

Как известно, вода при переходе в лед увеличиваетс  в объеме. В св зи с этим во избежание выпучивани  кровли дополнительной емкости при полном замерзании воды его наполн ют на высоту Н

h

1 -Ь/

где Н - высота емкости; /3 0,09 - коэффициент объемного расширени  воды при переходе в лед.

Диаметр этой емкости должен быть таким , чтобы к концу зимы вс  вода в нем успела замерзнуть и восстановилась естественна  температура пород вокруг емкости.

Охлажденное в надземном трубопроводе , 11 топливо, сливаемоев основную емкость , понижает температуру окружающих мерзлых пород.

В отличие от прототипа температура мерзлых пород вокруг основной емкости во врем  заполнени  его топливом нарушаетс  незначительно, так как оно сливаетс  в охлажденном виде. Поэтому естественна  температура пород восстанавливаетс  достаточно быстро.

Суммарна  площадь надземного трубопровода 10 должна быть достаточной дл  охлаждени  топлива: чтобы наморозить лед ной цилиндр заданного диаметра в заданный . промежуток времени, а суммарна  г лощадь надземного трубопровода 1 должна обеспечить охлаждение топлива, чтобы восстановить температуру пород вокруг основной емкости 12 в течение времени прокачки топлива.

В теплое врем  года, когда сливаемое в основную емкость топли1во нужно охлаждать , вентили 6 и 7 закрываютс , а вентили 5 и 8 открываютс .

Теплое топливо из транспортного средства по трубопроводу 4 подаетс  в теплообменник 3, окруженный льдом, и по подземному трубопроводу 9 сливаетс  в основную емкость 12.

Так как топливо в теплообменнике 3 охлаждаетс  за счет та ни  льда, то оно принимает околонулевую положительную температуру. Поэтому температура стенки основной емкости незначительно повышаетс . Восстановление естественной температуры мерзлых пород осуществл ют, как было указано выше, в холодное врем  года топливом из основной емкости, охлаждаемым в надземнол трубопроводе 11.

Способ планируетс  реализовать в Якутской нефтебазе, расположенной на берегу реки Лены. На базе имеетс  подземна  емкость объемом 800 м , построенна  в 1974 г. В насто щее врем  в зту емкость сливать топливо можно только в холодное врем  года, когда оно охладитс  в наземном резервуаре. Дл  непосредственного слива топлива из речного танкера в эту емкость р дом с ней строитс  Дополнительна  eiyiKoctb, в которой в зимнее врем  намораживаетс  лед. Дл  охлаждени  топлива в процессе его перекачки из танкера в основную емкость потребное количество холода можно выразить следующей зависимостью Q С -yV-Cto-tk), (1)

где С - удельна  теплоемкость топлива; уплотность топлива: V - полезный объем основной емкости; to и tk - температура топлива до и после охлаждени .

Хладоемкость дополнительной емкости

QB QфVв(2)

где Оф - теплота фазового перепада 1 м воды; VB - объем замораживаемой воды (полезный объем дополнительной емкости).

Необходимый полезный объем дополнительной емкости можно получить, приравн в выражение (1) и (2) и введ  коэффициент 3ariaca

0,

(3)

где К - коэффициент запаса, обеспечивающий сохранность мерзлых грунтов стенки емкости.

Из (3) с учетом (1) и (2) получим VB K .С-у(1о-г,}(4)

Оф

Значени  вход щих в формулу (4) параметров дл  условий Якутской нефтебазы: коэффициент запаса К 1,15: С 0,5 ккал/кг 0 гр; у 800 V 800 (температура воды в реке Лены); tk 0; Оф 8 10 ккал/м . Тогда

1,15 0,5 -800 -800

.

VB

8 10

5

Таким образом, полезный объем дополнительной емкости дл  охлаждени  800 м жидкого топлива с 18 до 0° С составл ет 83 м.

Как видно из примера практической ре0 ализации предлагаемого способа, дл  охлаждени  жидкого топлива перед сливом его в основную подземную емкость требуетс  создавать дополнительную подземную емкость значительно меньшего объема

5 ( примерно, в 10 раз), чем основна  емкость. При этом, в отличие от известного способа, требующего сооружени  дополнительного наземного железобетонного или металлического резервуара, равного по объему основ0 ной емкости, в качестве среды дл  его сооружени  используетс  массив мерзлого грунта, что дает экономию строительного материала (металла, бетона). Преимущество р. предлагаемого способа состоит еЩе и в том, что при его использовании не требуетс  применени  криогидратной смеси, тем самым исключаютс  большие дополнительные затраты и неудобства в эксплуатации.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   0

   Способ хранени  жидкого топлива в вечномерзлых грунтах, включающий сооружение подземного хранилища и емкости с размещенными в ней теплообменниками и J. намороженным в зимний период льдом, охлаждение топлива в емкости со льдом и слив его в хранилище, отличающийс  тем, что. с целью снижени  затрат и трудоемкости хранени  за счет исключени  вли ни  атмосферного воздуха, емкость дл  охлаж0 дени  топлива сооружают под землей р дом с подземным хранилищем, а намораживание в ней льда осуществл ют заполнением емкости водой и последующей прокачкой по теплообменникам емкости охлажденного

   5

   топлива из хранилища в замкнутом цикле.

   .6 7

   Ю 11