Наши газгольдеры лучше и надежнее.
Бытует мнение, что чем толще стенки газгольдера, тем газгольдер долговечнее и надежнее. Позвольте с Вами не согласиться. Во многом эта долговечность и надежность зависит не только от толщины стенки, но и от материала, из которого изготовлен данный газгольдер.
Возьмем для сравнения:
Отечественную сталь 09Г2С-6, ГОСТ 5520-79г., из которой в основном производятся газгольдеры отечественного производства. Толщина стенки обечайки - 10 мм, а днища – 12 мм.
И сталь S355J2+N одного из Европейских производителей Arcelor-Mittal (Бремен, Германия), из которой изготовлены газгольдеры компании Kadatec s.r.o. (Чехия). Толщина стенки обечайки которых - 5,1 мм, а днища – 5,7 мм.
Сравним характеристики этих сталей.
Наименование стали: | Предел текучести, МПа (στ) +50 | Временное сопротивление, Мпа (σβ) | Скорость коррозии в год, см |
---|---|---|---|
09Г2С-6, ГОСТ 5520-79г. | 188.5 | 390 | 0.005 |
S355J2+N EN 10025-2 : 2004 | 343 | 470 | 0.000 |
Из данных сравнительных характеристик мы видим, что сталь S355J2+N по основным характеристикам на порядок превосходит нашу отечественную сталь марки 09Г2С-6, ГОСТ 5520-79г. К нашему сожалению, из-за устаревших технологий производства у нас в стране качество изготовления стали оставляет желать лучшего, вследствие чего прочность достигается не качеством, а толщиной.
Произведем сравнительный расчет необходимой толщины стенки газгольдеров, при изготовлении из данных сталей.
- Исходные данные:
- Рабочая среда: сжиженные углеводородные газы ГОСТ 20448 и ГОСТ 27578;
- Рабочее давление Pраб = 1,56 МПа;
- Расчетное давление Ррасч = 1,56 Мпа;
- Пробное давление Pпр = 1,95 МПа;
- Температура рабочая от -40 до +40 °С;
- Температура расчетная +50 °С;
- Срок службы - 20 лет;
- Коэффициент прочности продольных сварных швов при объеме радиографического или ультразвукового контроля 100 %: φр = 1,0.
Возьмем (для сравнения) диаметр газгольдера производства компании Kadatec s.r.o. (Чехия) и диаметр отечественных газгольдеров – 125 см.
- Определение допускаемого напряжения для рабочих условий и прибавки к расчетной толщине стенки
- Допускаемое напряжение для рабочих условий (п.1.4.1):
- для стали 09Г2С-6, ГОСТ 5520-79г - [δ] = min{Re/nт; Rm/nв} = min{188,5/1,5; 390/2,4} = 125,7 Мпа;
- для стали S355J2+N EN 10025-2 : 2004г. - [δ] = min{Re/nт; Rm/nв} = min{343/1,5; 470/2,4} = 195,8 МПа.
где: nт = 1,5 (п.1.4.2) - коэффициент запаса прочности для рабочих условий по пределу текучести; nв = 2,4 (п.1.4.2) - коэффициент запаса прочности для рабочих условий по пределу прочности.
Прибавка к расчетным толщинам обечаек и днищ газгольдера (п.1.7.1): С = С1 + С2 + С3. Где:
С1 - Коррозия за 20-и летний срок службы газгольдеров, расчетные значения:
для стали 09Г2С-6, ГОСТ 5520-79г.: С1 = 0.005 * 20 = 0,1, где: 0,005 – скорость коррозии этой стали, 20 – срок службы газгольдера.
для стали S355J2+N EN 10025-2 : 2004: С1 = 0,00 * 20 = 0,00, где: 0,00 – скорость коррозии, 20 – срок службы.
С2 – прибавка для компенсации минусового допуска;
для стали 09Г2С-6, ГОСТ 5520-79г.: С2 = 0,05 см.;
для стали S355J2+N EN 10025-2 : 2004: С2 = 0,00 см., так как в расчетах принимаются толщины стальных листов с учетом максимального минусового допуска;
С3 – прибавка технологическая:
для стали 09Г2С-6, ГОСТ 5520-79г.: С3 = 0,15 см.;
для стали S355J2+N EN 10025-2 : 2004: С3 = 0,00 см,, так как в расчетах принимаются минимально допустимые толщины днищ.
Итоговые значения прибавок к расчетным толщинам обечаек и днищ газгольдеров из разных марок сталей:
для стали 09Г2С-6, ГОСТ 5520-79г.: С = C1 + C2 + C3 = 0,00 + 0,00 + 0,00 = 0,00 см.;
для стали S355J2+N EN 10025-2 : 2004: С = C1 + C2 + C3 = 0,1 + 0,05+ 0,150 = 0,30 см..
- Расчет цилиндрической обечайки, нагруженной внутренним избыточным давлением. Расчет произведен согласно ГОСТ 14249 п.2.3.1.1.
Формулы расчетов: S > Sp + C; Sp = PD / (2 [δ] φр - P).
Расчетные значения:
для стали 09Г2С-6, ГОСТ 5520-79г.: Sp = PD / (2 [δ] φр - P) = (1,56 * 124) / (2 * 125,7 * 1,0 - 1,56) = 0,77 см.; S = 0,77 + 0,3 = 1,074 cм., принимаем толщину стенки S = 12 мм.;
для стали S355J2+N EN 10025-2 : 2004: Sp = PD2 [δ] φр - P = (1,56 * 124) / (2 * 195,8 * 1,0 - 1,56) = 0,49 см.; S = 0,49 + 0,0 = 0,49 cм., принимаем толщину стенки S = 5,1 мм.
- Проверка применяемости расчетной формулы: (S - C) / D < 0,1 для обечаек при D ≥ 200 см.
для стали 09Г2С-6, ГОСТ 5520-79г.: (1,2 – 0,3) / 124 = 0,0073; 0,0073 < 0,1;
для стали S355J2+N EN 10025-2 : 2004: (0,51 – 0,00) / 124 = 0,004; 0,004 < 0,1.
Условие применяемости формулы выполнено.
Из данного расчета видно, что для Р = 1,56 МПа, газгольдерам производства компании Kadatec s.r.o., достаточно толщины обечайки, равной 5,1 мм., а для газгольдеров из стали 09Г2С-6, ГОСТ 5520-79г. толщина обечайки должна быть не менее 11 мм., принимаем 12 мм.
При этом, 20 лет – срок службы газгольдера из стали 09Г2С-6 , ГОСТ 5520-79г. 20 лет(с возможным продлением после проведения экспертизы промышленной безопасности) – срок службы газгольдера из стали S355J2+N.
На толщину стенки стальных газгольдеров существенное значение оказывают коррозийные повреждения внутренних, а также наружных поверхностей, особенно в нижней части и в местах опор. Самое опасное коррозийное повреждение стенок газгольдера – расслоение металла в результате воздействия сероводорода, содержащегося в СУГ. Расслоение металла появляется в первую очередь на внутренней поверхности газгольдера (местные вздутия, бугорки, пузыри). Часто на месте пузыря образуются трещины, что приводит к разрушению металла, отложению на дне осадков в виде хлопьев.
Поэтому, особенно важно проверять паспорт поставляемого СУГ – соответствие (ГОСТ 20448-90) , где содержание сероводорода не должно превышать 5 грамм на 100 м3 газа. Расслоение металла в газгольдерах наблюдается при содержании в пропане от 0,3 – до 1 % и более сероводорода.
По своим характеристика сталь S355J2+N гораздо менее восприимчива к содержанию в СУГ сероводорода, чем сталь 09Г2С-6, ГОСТ 5520-79г. , но, тем не менее, из опыта эксплуатации, газгольдеры, работающие с очищенным от сероводорода газом, эксплуатируются без малейших признаков расслоения согласно их расчетным срокам службы - 20 лет. Процесс коррозийного расслоения металла не зависит от давления среды в сосудах и температуры СУГ. Очистка сжиженного газа от сероводорода до 0,025% полностью исключает вредное влияние его на металл газгольдеров.
Иногда у наших клиентов возникают вопросы и пожелания относительно необходимости люка-лаза в газгольдерах Kadatec s.r.o. (Чехия).
Согласно «Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» (ПБ 03-576-03):
п.2.2.1. Сосуды должны быть снабжены необходимым количеством люков и смотровых лючков, обеспечивающих осмотр, очистку и ремонт сосудов, а также монтаж и демонтаж разборных внутренних устройств. Сосуды, состоящие из цилиндрического корпуса и решеток с закрепленными в них трубками (теплообменники), и сосуды, предназначенные для транспортировки и хранения криогенных жидкостей, а также сосуды, предназначенные для работы с веществами 1-го и 2-го класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76, но не вызывающие коррозии и накипи, допускается изготовлять без люков и лючков независимо от диаметра сосудов при условии выполнения требования п.2.1.4. Правил.
п.2.1.4. Если конструкция сосуда не позволяет проведение наружного и внутреннего осмотров или гидравлического испытания, предусмотренных требованиями Правил, разработчиком проекта сосуда в руководстве по эксплуатации должны быть указаны методика, периодичность и объем контроля, выполнение которых обеспечит своевременное выявление и устранение дефектов. В случае отсутствия в руководстве таких указаний методика, периодичность и объем контроля определяются специализированной организацией.
На газгольдерах, произведенных компанией Kadatec s.r.o. (Чехия), люки не предусмотрены, так как заводом-изготовителем разработана методика внутреннего осмотра газгольдера с помощью эндоскопа, что упрощает эксплуатацию данных газгольдеров, меньше соединений - меньше возможных утечек.
Отсутствие люков стало результатом многолетних наблюдений работы газгольдеров с люками, в результате чего было отмечено возникновение утечек, связанных с усыханием прокладок крышки люка, уменьшением со временем усилий крепежных болтов.
Так как срок службы газгольдера, производства Kadatec s.r.o. - 20 лет с возможным продлением после проведения экспертизы промышленной безопасности, и, с учетом принципа «меньше соединений - меньше утечек », а так же с учетом современных систем диагностики (методика внутреннего осмотра газгольдера с помощью эндоскопа) надобность в люке отпала.
В случае пожелания клиента, компания Kadatec s.r.o. (Чехия) готова изготовить газгольдеры с люками-лазами Ø 500 мм.
Часто наши оппоненты, продвигающие на рынке газгольдеры с высокой горловиной, рекламируют преимущества данных газгольдеров над обычным газгольдером, без горловины на предмет улучшенного естественного испарения СУГ при нахождении емкостей в грунте.
Попробуем разобраться…....
На рисунках №1 и №2 представлены варианты установки газгольдеров относительно поверхности грунта.

Согласно п.8.1.5 СНиП 42-01-2002 «Газораспределительные системы» подземные газгольдеры следует устанавливать на глубине не менее 0,6 м. от поверхности земли до верхней образующей газгольдера в районах с сезонным промерзанием грунта и 0,2 м – в районах без промерзания грунта.
Если газгольдер с горловиной и без горловины установлены так, как указано на рис.1, то разницы в наличии горловины или ее отсутствии почти нет никакой. В газгольдере с горловиной расстояние от поверхности земли до поверхности газа в газгольдере составит 800 мм, а расстояние от поверхности земли до верхних образующих - 500 мм. В газгольдере без горловины расстояние от поверхности земли до поверхности газа в емкости составит 900 мм, а расстояние от поверхности земли до верхних образующих – 600 мм.
Отличие при размещении газгольдеров согласно рис.1 в том, что арматура на газгольдере с горловиной выставлена над землей, а без горловины – на глубине 600 мм.
При этом в случае газгольдера с горловиной: газ (если плохого качества), возможно, промерзнет при выходе из газгольдера в редуктор – мостик холода, а в случае газгольдера без горловины газ (если плохого качества) менее подвержен промерзанию.
Вариант решения проблемы: вырезать из пенопласта круг толщиной 100 мм и диаметром Ø 600 мм и положить под крышку, получится "термос".
При установке газгольдера с высокой горловиной согласно рис.2 поверхность испарения будет на глубине 1200 мм, а без горловины – 900 мм.
Казалось бы, испарение будет лучше, но это не совсем так. Естественное испарение жидкой фазы происходит за счет тепла окружающего грунта, причем в холодное время года газгольдер получает постоянный поток тепла из глубины грунта (подогревается в основном только снизу, как кастрюля с супом на плите), а в летний период тепловой поток увеличивается за счет теплых поверхностей грунтов.
На испарительную способность подземного газгольдера влияют физико-термодинамические свойства компонентов сжиженного газа, температура окружающих грунтов, коэффициент теплопроводности грунтов, степень заполнения газгольдера.
Особое внимание хотелось уделить физико-термодинамическим свойствам газа. Исходя из температуры, давление насыщенных паров пропана-бутана изменяется следующим образом:
Газ: | Температура окружающей среды (°С): | |||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
-60 | -55 | -50 | -45 | -40 | -35 | -30 | -25 | -20 | -15 | -10 | -5 | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | |
Пропан: | 0,48 | 0,62 | 0,7 | 0,88 | 1,09 | 1,34 | 1,64 | 1,97 | 2,36 | 2,85 | 3,38 | 3,99 | 4,65 | 5,43 | 6,29 | 7,25 | 8,33 | 6,51 | 10,80 | 12,26 | 13,82 | 15,54 | 17,40 | 19,45 |
Бутан: | 0,05 | 0,07 | 0,10 | 0,13 | 0,18 | 0,22 | 0,28 | 0,35 | 0,45 | 0,58 | 0,68 | 0,84 | 1,02 | 1,23 | 1,46 | 1,74 | 2,05 | 2,40 | 2,80 | 3,24 | 3,74 | 4,29 | 4,90 | 5,57 |
Изобутан: | 0,09 | 0,12 | 0,17 | 0,21 | 0,27 | 0,32 | 0,44 | 0,54 | 0,69 | 0,88 | 1,07 | 1,28 | 1,53 | 1,82 | 2,15 | 2,52 | 2,94 | 3,41 | 3,94 | 4,52 | 5,18 | 5,9 | 6,69 | 7,59 |
Из таблицы видно, что при промерзании грунта в диапазоне температур от - 40 до - 5 °С:
- для чистого пропана (концентрация 100%) - все показатели достаточны для нормального естественного испарения;
- для чистого бутана (концентрация 100%) - изменения минимальны, испарения практически нет.
Если мы рассмотрим, например, данные температуры промерзания грунта по Москве и Санкт-Петербургу, согласно таблицы 3, то увидим:
- Москва – на глубине 0,8 м. зимой температура -0,1 °С, на глубине 1,6 м. (не 1,2 как на рис.2), а +1,1°С ;
- Санкт-Петербург – на глубине 0,8 м. зимой температура -2,5 °С, на глубине 1,6 м. (не 1,2 как на рис.2), а +0,7°С .
Таблица 3. Температуры грунта в Москве и СПб зимой и летом.
Глубина (м.): | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
0.4 | 0.8 | 1.6 | ||||
Летом: | Зимой: | Летом: | Зимой: | Летом: | Зимой: | |
Данные взяты из Климатического справочника. | ||||||
Москва: | 17.4°С | -1,4°С | 15,4°С | -0,1°С | 13,5°С | -1,1°С |
Санкт-Петербург: | 19,5°С | -6,6°С | 16,3°С | -2,5°С | 13,7°С | 0,7°С |
ВЫВОД: при содержании в газе пропана в количестве 70-90% разницы в глубине закапывания газгольдера свыше 600 мм. от поверхности земли фактически нет. При большем содержании в газе бутана, газ не будет испаряться и при высокой горловине. В большинстве случаев проблема – несоответствие качественных показателей газа нормативным документам (ГОСТ 20448-90) .
Покупайте газ только у проверенных поставщиков, и в каждом случае поставки требуйте паспорт качества и сертификат соответствия, выданный поставщику заводом – изготовителем, – вы забудете про проблемы испарения.
В случае пожелания клиента компания Kadatec s.r.o. готова изготовить газгольдеры с горловиной высотой 500 мм.
Все вышеперечисленные сравнительные характеристики газгольдеры, производства компании Kadatec s.r.o. (Чехия) показывают свое преимущество по отношению к другим производителям аналогичной продукции, а с учетом высокого качества производства (срок службы сосудов 30 лет), использования передовых технологий при производстве, постоянном контроле качества на всех этапах производства, позволяет успешно развиваться и быть лидером в данном сегменте.