Nadziemne magazyny gazu

Wiadomości wstępne

Naziemne zbiornik gazu nie mają dużej pojemności. Nie mogą więc służyć do tworzenie rezerw strategicznych gazu, a jedynie gromadzenia go w związku z nierównomiernością rozbioru w ciągu doby. Wykonywane są z reguły w miejscach wytwarzania gazu, np. obok biogazowni, koksowni, oczyszczalni ścieków (biogaz pościekowy), itp. Ze względu na zasadę działania i ciśnienie gazu,  można je dzielić, na:

– niskiego ciśnienia (np. zbiorniki mokre, membranowe)

– wysokiego ciśnienia

Ze względu na kształt, na zbiorniki cylindryczne i kuliste.

Zbiorniki mokre dzwonowe

To jeden z najstarszych typów zbiorników gazu, obecnie rzadko stosowany. Wykonywane były w postaci okrągłego basenu z wodą, powyżej którego stawiana była konstrukcja murowana z zamocowanymi wewnątrz na prowadnicach cylindrami stalowymi. Ostatni, najwyższy cylinder nosi nazwę dzwonu. Uszczelnienie zbiornika od dołu stanowił basen z wodą, a pomiędzy cylindrami, zamknięcia wodne. Wysokość zamknięć nie przekraczała 0,5m słupa wody, stąd były to wybitnie zbiorniki niskiego ciśnienia do 5 kPa. Ich zaletą była możliwość bezpośredniej współpracy z siecią gazową niskociśnieniową.

Fot. Po prawej zbiornik dzwonowy (fot. wmgaz.pl)

Wady, to:

– zawilgocenie przebywającego w zbiorniku gazu

– korozja zamknięć wodnych i cylindrów

– zmiany ciśnienia w zależności od stopnia wypełnienia zbiornika

– problematyczne działanie w okresie zimowym (możliwość zamarzania wody w zamknięciach wodnych)

Rys. Schemat budowy zbiornika dzwonowego. Ozn. 1- dopływ gazu, 2-odprowadzenie gazu, 3-basen wypełniony wodą, 4-obudowa stała, 5-cylindry stalowe, 6-dzwon, 7-prowadnice,  a) zbiornik wypełniony gazem, b) zbiornik opróżniony, c) przekrój przez zamkniecie wodne.

Zbiornik dyskowy (talerzowy)

W odróżnieniu do zbiornika mokrego, nie ma tutaj basenu z wodą. Gaz dopływa do zbiornika od dołu, pod specjalną, ruchomą membranę (talerz). Po chwilowym wzroście ciśnienia związanym z koniecznością pokonaniu oporu talerza, unosi się on do góry po prowadnicach, aż do maksymalnego poziomu (rys, z lewej). Zabezpieczeniem przed nadmiernym wzrostem ciśnienia jest swobodny wylot gazu do atmosfery, poprzez rury wydmuchowe w górnej części zbiornika.

   Rys. Zbiornik dyskowy firmy MAN. (rys. Wikipedia)

Rozwiązanie powyższe opatentowane przez niemiecka firmę MAN ma większą pojemność od zbiorników mokrych. Cylinder zbiornika może mieć wysokość nawet 100m. Wysokość ciśnienia jest uzależniona masą talerza (tłoka). Największe konstrukcje liczyły po 600.000m3 pojemności.

Fot. Zbiornik gazu dyskowy firmy MAN w Stuttgardzie. 

  Ruch talerza przypomina ruch tłoka w cylindrze, stąd inna nazwa tych zbiorników – tłokowe. Talerz posiada w górnej części ramę z rolkami, opartymi o płaszcz w dwóch płaszczyznach. Rolki dla ochrony przez iskrzeniem wykonane są z drewna.

Zbiorniki membranowe

Stosowane są popularnie w biogazowniach. Wykonane są najczęściej z elastycznych tworzyw sztucznych, jako dwu- lub trzywarstwowe. Kształ zbiornika jest pósferyczny lub jako 3/4 sfery.

Fot. Zbiornik membranowy półsferyczny
Fot. Zbiornik membranowy 3/4 sfery

Zbiorniki powyższe mogą być dodatkowo wykonywane jako:

– mokre, bezpośrednio nad fermentorem

– suche, budowane jako oddzielne instalacje obok komór fermentacyjnych

Sferyczne zbiorniki do przechowywania biogazu należą do suchego typu zbiorników. Wykonane są ze specjalnych powłok poliestrowych pokrytych materiałem PVC. Zbiorniki te mogą mieć objętość
od 10 do 19 000m3 , średnice od 3 do 30m, a wysokość do 20m. Ważnym czynnikiem przy przechowywaniu biogazu w zbiornikach jest utrzymanie właściwego ciśnienia w przestrzeni
międzymembranowej. W tym celu wykorzystuje się wentylatory, które w sposób ciągły wdmuchują powietrze do przestrzeni między dwoma membranami, z jednoczesną regulacją jego odpływu. Wytworzone w ten sposób nadciśnienie służy regulacji i stabilizacji ciśnienia gazu w zbiorniku.
Biogaz doprowadzany i odprowadzany jest przez rurociąg, wykonany ze stali kwasoodpornej. Ilość biogazu wypełniającego zbiornik regulowana jest za pomocą sondy ultradźwiękowej umieszczonej na szczycie zbiornika lub za pomocą przepływomierza.

Rys. Schemat zbiornika membranowego 1,2 – membrany zewnętrzna i wewnętrzna, 3-sonda ultradźwiękowa  4- wziernik do kontroli napełnienia, 5-dmuchawa powietrza, 6-system rurociągów, 7-system mocowania do fundamentu, 8- zawór bezpieczeństwa, 9-rury dopływowe i odpływowe gazu, 10-szafa sterująca

Zbiorniki sferyczne ciśnieniowe

Rys. Zbiornik gazowy kulisty: l – płaszcz zbiornika, 2 – rurociąg gazu, 3 – króciec odwadniający,
4 – drabina, 5 – właz, 6 – zawór bezpieczeństwa, 7 – podpora, 8 – fundament

Zbiorniki o stałej objętości (ciśnieniowe) są budowane w kształcie walca (cylindryczne)
o pojemności do 3000 m3 lub kuli – do 15 000 m3. Są one budowane ze stali o wysokiej wytrzymałości i odporności na kruche pęknięcia (podczas gwałtownego opróżniania zbiornika z gazu szybko spada temperatura, która powoduje to zjawisko). Zbiornik kulisty posadowiony jest na podporach stalowych, osadzonych na betonowym fundamencie. W gój części posiada zawór bezpieczeństwa, a w dolnej zawór odwadniający, do usuwania kondensatu pary wodnej. 

LNG, czyli naturalny skroplony gaz, magazynowany jest najczęściej w zbiornikach metalowych. Zbiorniki te pracują w każdym terminalu przyjmującym lub ekspediującym ten produkt oraz w wielu instalacjach skraplania i regazyfikacji gazu ziemnego eksploatowanych w celu pokrycia zapotrzebowań szczytowych. Płaszcz zewnętrzny zbiornika wykonany jest ze sta1i węglowej. Natomiast płaszcz wewnętrzny musi być wykonany z metalu, który nie będzie kruchy w niskiej temperaturze składowania LNG. Najczęściej stosuje się więc aluminium i jego stopy oraz stal niklową.

Rys. Schemat zbiornika metalowego LNG : 1 – obudowa ochronna, 2 – płaszcz zewnętrzny ze stali węglowej , 3 – specjalna izolacja (np. szkło komórkowe) , 4 – fundament betonowy , 5 – izolacja podłoża, 6 – płaszcz wewnętrzny ze stali niklowej lub stopów aluminiowych, 7 – rurociągi do zatłaczania i pobierania LNG, 8 – dach wewnętrzny.