1598005503-634bb8193a0a063d19abf81fb6d27ecd (811219), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Повышение давления в баллонах приводит к 164 уменьшению этих затрат и улучшению весовых характеристик баллонов, В настоящее время разработаны и применяются для хранения газообразного водорода прн давлении до 100 МПа сварные сосуды с двух- нли многослойными стенками, у которых внутренний слой выполнен из аустепитной нержавеющей стали или другого материала, совместимого с водородом при высоком давлении, а внешние слои — из высокопрочных сталей или других материалов. Для хранения водорода при высоком давлении применяются также бесшовные толстостенные сосуды из низкоуглеродистых сталей. В таких сосудах водород может храниться при давлениях до 40 — 70 МГ1а.
По соображениям безопасности сосуды при давлениях выше 21 МПа для перевозок газообразного водорода нс применяются. Для крупномасштабного хранения газообразного водорода, как и для хранения больших количеств природного газа, перспективно использование подземных хранилищ, естественных и искусственных; выработанных месторождений нефти и газа, естественных и искусственных подземных пустот (например, горных выработок), водоносных горизонтов, естественных и искусственных соляных каверн.
При этом хранение водорода оказывается более дорогим (на единицу хранимой энергии) и сложным, чем хранение природного газа, поскольку водород имеет примерно на порядок больший коэффициент диффузии, чем природный газ, и меньшую плотность. По оценкам зарубежных авторов потери водорода при хранении его под давлением в подземных хранилищах в осадочных пористых породах (в водоносных горизонтах, выработанных нефтяных и газовых месторождениях) за год составят, по-видимому, около 57о полного объема хранилища при сезонном цикле хранения и объеме активного газа около. '/з объема хранилища, хотя диффузионные потери при этом могут быть и относительно невелики (менее 2$>) (104). Естественное хранилище газа, организованное в купольном водоносном горизонте, схематически изображено на рис.
6,1, Участок пласта водоносной пористой породы куполообразной формы ограничен сверху и снизу непроницаемыми пластами. Газ сверху через скважину нагнетается в пористую водоносную породу, вытесняя воду, и может храниться в образовавшемся резервуаре под давлением. Давление, под которым газ может храниться в таких структурах, зависит от глубины: оно должно быть не меньше давления водяного столба на заданной глуби- 166 не и по соображениям надежности хранения не может быть слишком большим. В зарубежной практике хранения природного газа в подземных резервуарах, расположенных в осадочных породах, принят предельный градиент 0,023 МПа м-' (!рэ1 Й вЂ” '), которым определяется область возможных значений давлений хранимого газа (рис, 6.2) в зависимости от глубины, Задо)тод х оотреднптедат лет успешно эксплуатируется большое подземное хранилище для хранения гелия, коэффициент диффузии которого, так же как н водорода, значительно превышает коэффициенты диффузии природных газов.
Больших потерь гелия при этом не наблюдается. Таким образом, можно полагать, что такой метод может использоваться и для водорода без больших измене- Рнс. 6.1. Подземное хранилище дня водорода в купольном во- доносном горизонте В настоящее время накоплен большой опыт хранения природного газа в подземных хранилищах, расположенных в осадочных породах. Такие хранилища эксплуатируются в СССР, С1ПЛ, Франции и других странах. В СШЛ на конец 1972 г, использовалось 337 подземных резервуаров для сезонного хранения газа в объеме около 25% годового потребления. Во Франции компания «Газ де Франс» в течение многих лет эксплуатировала большое подземное хранилище (около 2 !О' м') в купольных водоносных горизонтах вблизи Парижа, в котором хранился газ, содержащий более 50о7о водорода при давлении 11 МПа (с 1957 по 1974 г.
хранилось более 150 млн. ма водорода). Исследования концентрации водорода в под. земных водах, содержащихся в породах, окружающих хранилище, показали отсутствие следов водорода в них, что, по-видимому, указывает на малые диффузионные потери. В США (г. Амарилло, штат Техас) в течение многих 166 Рвс. 6зп Давление газа в под. земном хранилище в зависимости от глубины Рнс 6.3. Подземное хранилище для водорода в соляной каверне ний. Этот метод предполагает минимальные затраты на создание хранилища, однако потери давления, связанные с фильтрацией газа и жидкости в пористой среде, и (в зависимости от геологических условий) потери газа могут оказаться существенными. Кроме того, объем активного газа не превышает '/х объема хранилища, н максимально возможный объем хранения достигается только после нескольких лет эксплуатации.
В последнее время в нашей стране и за рубежом для хранения природного и сжиженного газов, гелия и других продуктов получили широкое распространение подземные емкости, создаваемые в месторождениях каменной соли. Предел прочности природной каменной соли на одноосное сжатие составляет до 1500 — 3000 Н см — х, а избыточное давление в таких подземных емкостях в зависимости от 167 глубины может составлять 5 — 20 МПа (для глубин 400— 1200 м) [105[.
В СССР находятся в эксплуатации подземные емкости в соляных пластах для хранения различных газов. Б Англии компанией «Империал кемикал индастри» в Г>еллингэме специально для храпения водорода в соляных кавернах создано хранилище из трех резервуаров вместимо. стью по водороду 2,2 !О' м' каждый с давлением хранения 5 МПа. Схематически хранилище для водорода в со. ляной каверне изображено на рис. 6.3. Подача водорода из резервуара может осуществляться при постоянном давлении путем вытеснения его рассолом каменной соли или при переменном давлении путем прямого отбора газа за счет избыточного давления, что проще и в ряде случаев экономичнее. По данным [105) капиталовложения в газохранилища в соляных месторождениях составляют 60 — !20 руб.
на 1000 м' хранимого природного газа, а эксплуатационные расходы — 4 — 7 руб. на 1000 м'. По зарубежным данным для сезонного цикла хранения при хранимом объеме водорода 400Х10' м' н стоимости водорода 4,8 долл. СШАХ ХГДж — ' стоимость хранения составит 1,6 долл, СШАХ ХГЛж ' [106[ (в ценах 1976 г.), что на единицу энергии более чем в 2 раза превышает стоимость такого же хранения природного газа. По данным Института технологии газа (США) стон. масть подземного хранения водорода различными метода.
ми в расчете на единицу хранимой энергии в 3 — 4 раза превосходит стоимость аналогичного хранения природного газа [9[. Следует, однако, подчеркнуть, что с ростом размера хранилища н по мере удорожания природного газа стоимость подземного хранения водорода будет приближаться к стоимости хранения природного газа. Как указывается многими авторами, оборудование, используемое сегодня прн подземном хранении природного газа, может применяться и при хранении водорода, однако эффективность его использования будет ниже.
Абсо. лютное снигкение стоимости подземного хранения водо. рода может быть достигнуто путем дальнейшего совершенствования геотехпологических методов создания подземных хранилищ, увеличения их объемов, совершенствования имеющейся техники и создания оборудования, специально предназначенного для работы с водородом. Одним из наиболее экономичных методов транспорта газов является трубопроводный транспорт. Опыт трубо- 169 проводного транспорта водорода и смесей водорода с другими газами уже имеется. Смесь водорода с окисью углерода (водяной газ) широко использовалась в Европе н передавалась по трубам с середины прошлого столетия. В ФРГ на предприятиях «Хемише верке Хюльс АГ» в Руре с 1938 г, эксплуатируется подземный трубопровод для транспорта газообразного водорода в количестве более 10' т (в пересчете на условное топливо) в год с чистотой 95Ъ под давлением до 4 МПа общей длиной более 200 км при диаметрах труб от 150 до 300 мм.
Различные водородопроводы эксплуатируются в ЮАР, Англии, США. В США на стендах НАСА для испытаний водородных систем различного назначения для хранения и распределения водорода применяются сосуды высокого давления и трубопроводы из высокопрочной легированной стали длиной несколько километров, по которым транспортиру. ется водород при давлении до 103 МПа. Относительно короткие трубопроводы для транспорта водорода и смесей водорода с другими газами (длиной в несколько километров) эксплуатируются и во многих других странах.
Трубопроводный транспорт газообразного водорода при давлениях до 7 — 10 МПа может осуществляться с помощью тех же технических средств, что и транспорт природного газа. Естественно, что оптимальные давление, диаметр трубопровода, шаг компрессии, оборудование (компрессоры и т. д.) для водорода будут иными, чем для природного газа, в некоторых случаях может потребовать. ся и применение иных материалов. Существующие системы трубопроводного транспорта природного газа также могут быть использованы для транспорта водорода при относительно невысоком давлении, однако при этом параметры системы не будут оптимальными.
При более высоких давлениях, в особенности при транспорте особо чистого водорода, иногда может наблюдаться водородное охрупчнвание обычно применяемых материалов, и необходимо применение специальных легированных сталей. Наличие в водороде примесей других газов — кислорода, углеводородов, СОь СО, в)Ос 50» — ооычно приводит к ингнбированию взаимодействия водород — металл и, вообще говоря, защищает материал от охрупчивания, однако этот вопрос в настоящее время изучен недостаточно [107[. Оценки, исходящие из физико-химических свойств газообразного водорода (плотностн, вязкости, теплоты сгорания), показывают, что оптимальное давление для его 10 Стоимость трин- спарта ии единицу ввергни, долл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
