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 примера отечественную сталь 09Г2С-6, ГОСТ 5520-79г. из которой производятся, в основном, 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 данных сталей.

Таблица 1. Характеристика стали.

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 при следующих исходных данных:

1. Рабочая среда: сжиженные углеводородные газы ГОСТ 20448 и ГОСТ 27578.
2. Рабочее давление Pраб = 1,56 МПаю
3. Расчетное давление Ррасч = 1,56 Мпа.
4. Пробное давление Pпр = 1,95 МПа.
5. Температура рабочая от -40 до +40 °С.
6. Температура расчетная +50 °С.
7. Срок службы - 20 лет.
8. Коэффициент прочности продольных сварных швов при объеме радиографического или ультразвукового контроля 100 %: φр = 1,0.
9. Для сравнения возьмем диаметр газгольдера производства компании Kadatec s.r.o. (Чехия) и диаметр отечественных газгольдеров – 125 см.

Допускаемое напряжение для рабочих условий (п.1.4.1):
09Г2С-6, ГОСТ 5520-79г. [δ] = min{Re/nт; Rm/nв} = min{188,5/1,5; 390/2,4} = 125,7 Мпа
S355J2+N EN 10025-2 : 2004 [δ] = min{Re/nт; Rm/nв} = min{343/1,5; 470/2,4} = 195,8 МПа
где: коэффициент запаса прочности для рабочих условий по пределу текучести nт = 1,5 (п.1.4.2)
коэффициент запаса прочности для рабочих условий по пределу прочности nв = 2,4 (п.1.4.2)

Прибавка к расчетным толщинам обечаек и днищ газгольдера (п.1.7.1):

С = С1 + С2 + С3

С1 – скорость коррозии, 20 лет – срок службы газгольдера из стали 09Г2С-6, ГОСТ 5520-79г., и газгольдера из стали S355J2+N EN 10025-2 : 2004.

С1 = 0,00 · 20 = 0,00, где 0,00 – скорость коррозии стали S355J2+N EN 10025-2 : 2004, 20 – срок службы газгольдера
С1= 0.005 · 20 = 0,1, где 0,005 – скорость коррозии стали стали 09Г2С-6, ГОСТ 5520-79г.
С2 – прибавка для компенсации минусового допуска,
С2 = 0,05 см, для стали 09Г2С-6, ГОСТ 5520-79г.
С2 = 0,00 см для стали S355J2+N, так как в расчетах принимаются толщины стальных листов с учетом максимального минусового допуска;
С3 – прибавка технологическая, отсутствует
С3 = 0,15 см, для стали 09Г2С-6, ГОСТ 5520-79г.
С3 = 0,00 см, для стали S355J2+N , EN 10025-2 : 2004
С3 = 0,00 см у обечаек отсутствует, у днищ С3 = 0,00 см, так как в расчетах принимаются минимально допустимые толщины днищ.

С = 0,00 + 0,00 + 0,00 = 0,00 см, для стали S355J2+N EN 10025-2 : 2004
С = 0,1 + 0,05+ 0,150 = 0,30 см, для стали 09Г2С-6, ГОСТ 5520-79г.

Расчет произведен согласно ГОСТ 14249 п.2.3.1.1.

S > Sp + C
Sp = PD / (2 [δ] φр - P).

1.1. Материал – сталь 09Г2С-6, ГОСТ 5520-79г., – сталь S355+N EN 10025-2 : 2004
1.2. φр – коэффициент прочности сварных швов φр = 1,0
1.3. С – величина прибавки к расчетной толщине.

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.

2.2. 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 11мм, 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:

Таблица 2. Зависимость упругости паров (в кг/см2) сжиженных углеводородных газов от температуры.

Из таблицы видно, что для разных температур промерзания грунта:

для газа пропан – концентрация 100%, при
t = -40°С P = 1,09 кг/см2
t = -30°С P = 1,64 кг/см2
t = -15°С P = 2,85 кг/см2
t = -5°С P = 3,99 кг/см2 => все эти показатели достаточны для нормального естественного испарения

для газа бутан – концентрация 100%, при
t = -40°С P = 0,18 кг/см2
t = -30°С P = 0,28 кг/см2
t = -15°С P = 0,58 кг/см2
t= -5°С P = 0,84 кг/см2 => 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) +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) +0,7°С

Таблица 3. Температуры грунта в различных населенных пунктах России и СНГ.

Примечание: Л – максимальная летняя температура, З – минимальная зимняя температура.

Данные взяты из Климатического справочника.

Из таблицы видно:

для газа пропан – концентрация 100%, при
t = -5°С P = 3,99 кг/см2
t = 0°С P = 4,65 кг/см2 => показатели достаточны для нормального естественного испарения

для газа бутан – концентрация 100%, при
t = -5°С P = 0,84 кг/см2
t = 0°С P = 1,02 кг/см2 => показатели минимально достаточны для нормального естественного испарения

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.