Энергетика. Газообразное топливо

Биогаз

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

5. Аккумулирование газа

5.1. Технические возможности

Газгольдеры

Газгольдер для сжиженного природного газа

При температуре —1'6ГС природный газ (а также очищенный от СОг биогаз) при нормальном давлении можно перевести в жидкое состояние. При этом объем его значительно уменьшается (примерно в 600 раз), т. е. 1 м3 емкости газгольдера содержит 600 м3 газа.

В настоящее время строят такие газгольдеры на 100... 100 000 м3, причем их геометрический объем используется полностью.

Газгольдер абсорбционного типа

Метан можно растворять под давлением в жидком углеводороде (пропан-бутан). Этим способом удается в том же объеме запасти газа в 4...6 раз больше, чем другим способом под тем же давлением. Вместе с отпускаемым метаном уходит часть (~4%) находящегося в газгольдере сжиженного газа. Обусловленное этим повышением теплоты сгорания газа компенсируется регулируемой добавкой воздуха

Газгольдер высокого давления

Почти всегда для газгольдеров такого типа выбирают сферические резервуары. Они работают обычно при рабочем давлении 0,8... 1 МПа (строятся газгольдеры, рассчитанные на максимальное рабочее давление до 1,8 МПа) и имеют вместимость 10...100 тыс. м3. Естественно, можно строить и небольшие газгольдеры высокого давления —всего на 10...20 м3. К их преимуществам относятся сравнительно небольшие габариты и отсутствие каких-либо движущихся частей. Недостатком считается необходимость в компрессорной установке. Биогаз приходится засасывать из бродильной камеры реактора. Для использования газа в качестве топлива требуется дополнительно понизить давление до 1...5 кПа. На газгольдеры названного типа распространяются все требования техники безопасности, предъявляемые к резервуарам высокого давления.

Трубчатые газгольдеры высокого давления обычно строят вместимостью до 100 тыс. м3 газа с рабочим давлением 7 МПа.

Мокрые газгольдеры низкого давления колокольного типа

Номинальная вместимость таких газгольдеров составляет 500...300 тыс. м3; до вместимости 1500 м3 их делают, как правило, одноподъемными, при большей вместимости — многоподъемными. Их недостаток — опасность замораживания зимой, что вызывает необходимость в отоплении. До сих пор в биогазовых установках чаще всего применяли мокрые газгольдеры низкого давления. Все эксплуатируемые в Восточной Азии примитивные биогазовые установки оснащены мокрыми газгольдерами с колпаками, которые почти всегда плавают непосредственно в бродильной камере, большей частью в самом жидком навозе. Небольшие потери газа по периферии колокола не играют роли.

Сухой газгольдер низкого давления

Может быть дискового или манжетного типов. Для сохранения постоянного давления служит уплотняющая манжета, находящаяся под действием груза, который может перемещаться параллельно самому себе, или диск с кольцевым уплотнением, который может двигаться относительно стенок и также сохранять расположение, параллельное первоначальному. Выпускаются, как правило, номинальной вместимостью 2000...300 тыс. м3, но начинают уже изготавливать и меньшего объема — от 50 м3. Рабочее давление обычно составляет 2...5 кПа. Массивный фундамент не требуется. Основание газгольдера можно герметизировать с помощью пленки. В среднем такой газгольдер обходится дешевле на 20%, чем мокрый.

Оболочковый газгольдер низкого давления

В качестве емкости для газа служит герметическая оболочка (подушка). Груз, перемещающийся параллельно самому себе, оказывает на нее постоянное предварительное давление. Такая конструкция требует устройства фундаментной плиты средней прочности. Оболочковые газгольдеры уже широко применяются в установках для очистки городских стоков. Для защиты от повреждений такой газгольдер необходимо устанавливать в специальном кожухе.

Газгольдер-баллон низкого давления

В качестве емкости для газа используется простой цилиндрический или сферический баллон из многослойной синтетической ткани. Рабочее давление обычно не превышает 2 кПа, но в случае необходимости может быть и больше. Баллоны изготовляются серийно вместимостью 5...300 м3. С увеличением их объема уменьшается стоимость 1 м3 газа, стоимость же газа в расчете на 1 кг перерабатываемого материала остается практически постояннной (ПО...120 марок ФРГ). Такие баллоны снабжаются анкерным креплением и должны монтироваться с учетом защиты от механических повреждений. Их можно размещать даже под полом. Они не имеют, естественно, устройства для сохранения постоянного давления при разных степенях заполнения. Складные емкости вместимостью 0,5... 100 м3, уже применяемые для хранения жидкостей, принадлежат к той же группе.

Весьма трудно получить достоверные сравнимые стоимостные показатели для различных газгольдеров, поскольку эти значения, а также технико-экономические данные и время их получения слишком сильно варьируют. В качестве довольно грубого приближения можно рассматривать таблицу, которая базируется на частично пересчитанных данных фирм и литературных источников. Само собой разумеется, что удельная стоимость газгольдера резко возрастает с уменьшением его размера, что обусловлено относительно высокими затратами на оплату труда и материалов. Рассчитанные кривые, полученные несколько лет назад за пределами ФРГ, могут быть использованы еще и сегодня в качестве относительных данных, но, конечно,  не по своим   абсолютным  значениям.

Стоимости используемых до сих пор газгольдеров номинальной вместимостью до 200 м3 (такие газгольдеры чаще всего применяются з принадлежащих хозяйствам биогазовых установках) исключительно высоки: они приближаются к 20...30% стоимости всей установки. Поэтому, исходя из экономических соображений, газгольдер нужно использовать только для выравнивания суточных пиков в потреблении газа. Учитывая те же соображения, не следует строить газгольдер больших размеров, чем это безусловно необходимо; нужно попытаться планировать при помощи рационального подбора газопотребляющей аппаратуры возможно более равномерное потребление газа, без пиков (т. е. заранее рассчитывать кривые ожидаемого потребления). С другой стороны, надо искать новые решения, которые позволили бы снизить затраты на сооружение и обслуживание газгольдеров, и это тем более необходимо, чем меньше типоразмер проектируемой установки. Взаимопомощь отдельных хозяйств; в этом плане может иметь лишь ограниченное применение.

Ниже рассматриваются три возможных варианта конструкции простейшего малогабаритного газгольдера с точки зрения его реализации:

—        газонепроницаемый колокол над бродильной камерой;

—        защитный колпак с натягиваемой пленкой;

—        простейший мешок из пленки.

В принципе при рассмотрении этих конструкций нужно учитывать два фактора:

—        влияние ветровой, дождевой и силовой нагрузки;

—        необходимое равномерное рабочее давление.

С точки зрения первого фактора простейшие колпаки из пленки имеют некоторые недостатки. При отсутствии газа (в начале работы или при холостом ходе, а также в случае повреждения) они опускаются на поверхность навоза, при сильном ливне на пленке могут скопиться десятки килограммов воды. С другой стороны, большие надувные сооружения при избыточном давлении газа (0,3 кПа) могут противостоять даже сильному ветру. Такие сооружения-оболочки, не имеющие герметичного основания, при площади пола 1000 м2 стоят около 30...85 марок ФРГ за 1 м2. Колпаки из натягиваемой пленки используются для укрывания навозохранилищ и осветлителей городских стоков с целью предотвращения распространения запахов. Благодаря наличию кривизны <в двух направлениях такая пленка не служит источником вибраций и шума. Несущая часть конструкции находится снаружи и таким образом защищена от агрессивной внутренней среды. По данным промышленности, уплотнение силоса, избыточное давление в котором не превышает 0,1 кПа, не представляет трудности так же, как и дополнительная теплоизоляция. Пленочный колпак для силоса диаметром 9 м (не герметический) стоит сейчас 7000...8000 марок ФРГ, или на 1 м2 площади основания ПО...120 марок ФРГ, двойное пленочное покрытие удорожило бы стоимость примерно на 20% •

Что касается цен на простые пленочные мешки, то, например, мешок вместимостью 25 м3, изготовленный только из пленки, стоит 4000 марок ФРГ, 50 м3 —5000 марок ФРГ; примерно столько же стоят газгольдеры-баллоны аналогичных размеров. Иногда называют цифры 15...20 марок ФРГ за 1 м2 поверхности пленки.

Нагружение пленочного мешка для получения равномерного давления газа не представляет трудности (для этой цели используют ящики с камнем или гравием, устанавливаемые на подвижной площадке).

 МЕТАНТЕНК. Теплоизоляция метатенков. Метатенки и газгольдеры

 Испытание и приемка метантенков и газгольдеров