دليل متعمق لتصميم خزانات الغاز الطبيعي المسال واختيار المواد والتطبيقات

مقدمة

يعد الغاز الطبيعي المسال (LNG) مكونًا أساسيًا للبنية الأساسية للطاقة العالمية، حيث يتم تخزينه في درجات حرارة منخفضة للغاية لتسهيل النقل والتخزين بكفاءة. يعد تصميم خزان الغاز الطبيعي المسال واختيار المواد أمرًا بالغ الأهمية لضمان سلامته ومتانته وأدائه. بالإضافة إلى استكشاف تصميم الخزانات والمواد، من الضروري فهم التطبيقات المختلفة لخزانات الغاز الطبيعي المسال لتقدير دورها بشكل كامل في قطاع الطاقة.

فهم تصميم خزان الغاز الطبيعي المسال

تم تصميم خزانات الغاز الطبيعي المسال لاحتواء الغاز الطبيعي في صورة سائلة عند درجات حرارة تبلغ حوالي -162 درجة مئوية (-260 درجة فهرنهايت). ويجب أن تستوعب هذه الخزانات البرودة الشديدة وتغيرات الضغط والضغوط الحرارية المحتملة. وفيما يلي نظرة تفصيلية على أنواع الخزانات الأساسية واعتبارات التصميم الحرجة:
أنواع الخزانات:
خزانات الاحتواء الفردية: تتميز هذه الخزانات بطبقة واحدة من الفولاذ مع هيكل خارجي من الخرسانة. ونظرًا لانخفاض هوامش الأمان، تُستخدم عادةً لسعات تخزين أصغر وهي أقل شيوعًا للتطبيقات واسعة النطاق.
خزانات الاحتواء المزدوجة: تحتوي هذه الخزانات على خزان داخلي من الفولاذ وطبقة احتواء خارجية من الخرسانة أو الفولاذ. وهي توفر أمانًا إضافيًا من خلال إدارة التسريبات المحتملة وتوفير طبقة إضافية من الحماية.
خزانات الاحتواء الكاملة: تم تصميم هذه الخزانات، التي تحتوي على حاوية داخلية للغاز الطبيعي المسال ونظام احتواء ثانوي، للتعامل مع أي تسريبات محتملة، مما يجعلها المعيار لتخزين الغاز الطبيعي المسال على نطاق واسع.
متطلبات التصميم:
العزل الحراري: تعمل مواد العزل المتقدمة مثل البيرلايت أو الفراغ أو رغوة البولي يوريثين على منع دخول الحرارة والحفاظ على الغاز الطبيعي المسال في درجات حرارة منخفضة للغاية.
أنظمة التحكم في الضغط: تعتبر صمامات تخفيف الضغط وأنظمة المراقبة ضرورية لإدارة الضغوط الداخلية وضمان التشغيل الآمن.
السلامة الزلزالية والبنيوية: يجب أن تتحمل الخزانات النشاط الزلزالي وغيره من الضغوط الهيكلية، لذلك غالبًا ما تتضمن الخرسانة المسلحة والتحليلات الهيكلية التفصيلية.

اختيار المواد لخزانات الغاز الطبيعي المسال

يعد اختيار المواد المناسبة أمرًا بالغ الأهمية لأداء خزانات الغاز الطبيعي المسال وطول عمرها. وفيما يلي نظرة على المواد المستخدمة بشكل شائع:
مواد الخزان الداخلي:
9% فولاذ نيكل (ASTM A553): تعتبر هذه المادة مثالية للوحة السفلية الداخلية والقشرة الداخلية أو لوحات الجدران، حيث توفر صلابة عالية ومقاومة للكسر الهش في درجات الحرارة المنخفضة.
الفولاذ الكربوني منخفض الحرارة: يتم استخدام هذا في بعض الأحيان مع الفولاذ النيكل 9% للمكونات التي لا تكون فيها خصائص التبريد الشديد بالغة الأهمية.
مواد الخزان الخارجي:
أسمنت: يستخدم للطبقة الخارجية للاحتواء في خزانات الاحتواء المزدوجة والكاملة، مما يوفر دعمًا هيكليًا قويًا وعزلًا حراريًا إضافيًا.
فُولاَذ: يتم استخدامه أحيانًا في الخزان الخارجي للمناطق ذات الضغط العالي، وغالبًا ما يتم طلائه أو معالجته لمقاومة التآكل.
مواد سقف الخزان:
ASTM A516 الدرجة 70: يعد هذا الفولاذ الكربوني مناسبًا للوحة سقف الخزان، حيث يوفر القوة والصلابة في درجات الحرارة المنخفضة.
مواد العزل:
بيرلايت: فعالة للعزل ضد درجات الحرارة المنخفضة.
الألياف الزجاجية والهلام الهوائي: مواد متقدمة توفر عزلًا حراريًا ممتازًا ولكن بتكلفة أعلى.

تطبيقات خزانات الغاز الطبيعي المسال

تلعب خزانات الغاز الطبيعي المسال دورًا بالغ الأهمية في تطبيقات مختلفة في قطاع الطاقة. وفيما يلي كيفية استخدامها:
محطات استيراد وتصدير الغاز الطبيعي المسال:
محطات الاستيراد: تستقبل خزانات الغاز الطبيعي المسال في محطات الاستيراد الغاز الطبيعي المسال من السفن وتخزنه قبل إعادة تحويله إلى غاز وتوزيعه على شبكة الغاز المحلية.
محطات التصدير: تخزن خزانات الغاز الطبيعي المسال الغاز الطبيعي المسال في محطات التصدير قبل تحميله على السفن للنقل الدولي.
تخزين وتوزيع الغاز الطبيعي المسال:
شركات المرافق العامة: تقوم شركات المرافق بتخزين وتوزيع الغاز الطبيعي للاستخدام السكني والتجاري في خزانات الغاز الطبيعي المسال، مما يضمن إمدادًا ثابتًا حتى خلال فترات الذروة.
تطبيقات صناعية: تستخدم الصناعات خزانات الغاز الطبيعي المسال لتخزين وتوريد الغاز الطبيعي للعمليات التي تتطلب مصدر وقود ثابت وموثوق به.
الغاز الطبيعي المسال كوقود:
النقل البحري: تُستخدم خزانات الغاز الطبيعي المسال في السفن المصممة للعمل بالغاز الطبيعي المسال، مما يقلل الانبعاثات مقارنة بالوقود البحري التقليدي.
المركبات الثقيلة: تُستخدم خزانات الغاز الطبيعي المسال في الشاحنات والحافلات التي تعمل بالغاز الطبيعي المسال، مما يوفر بديلاً أنظف من وقود الديزل.
النسخ الاحتياطي في حالات الطوارئ وتقليص وقت الذروة:
الطاقة الإحتياطية: توفر خزانات الغاز الطبيعي المسال حلول الطاقة الاحتياطية للمناطق التي تعاني من عدم موثوقية إمدادات الكهرباء، مما يضمن توفر الغاز الطبيعي لتوليد الطاقة أثناء انقطاع التيار الكهربائي.
حلاقة الذروة: يساعد تخزين الغاز الطبيعي المسال على إدارة الطلب الأقصى من خلال تخزين الغاز الزائد خلال فترات انخفاض الطلب وإطلاقه خلال فترات الطلب المرتفع.
مرافق إنتاج الغاز الطبيعي المسال:
محطات التسييل: تخزن خزانات الغاز الطبيعي المسال المنتج المسال في مرافق الإنتاج، حيث يتم تبريد الغاز الطبيعي وتكثيفه إلى شكل سائل لتخزينه ونقله بكفاءة.

اعتبارات التصميم والسلامة

لضمان سلامة وكفاءة خزانات الغاز الطبيعي المسال، يجب مراعاة ما يلي:
إدارة الإجهاد الحراري: إن العزل المناسب والمفاصل التمددية ضرورية لإدارة الضغوط الحرارية الناجمة عن التغيرات الشديدة في درجات الحرارة.
ميزات السلامة: ولمعالجة المخاطر المحتملة المرتبطة بتخزين الغاز الطبيعي المسال، ينبغي دمج أنظمة الكشف عن التسربات، والحماية من الحرائق، وأنظمة الإغلاق في حالات الطوارئ.
التدقيق المطلوب: الالتزام بمعايير الصناعة واللوائح من المنظمات مثل معهد البترول الأمريكي (API)، والجمعية الوطنية للحماية من الحرائق (NFPA)، والمنظمة الدولية للمعايير (ISO).

خاتمة

إن تصميم خزانات الغاز الطبيعي المسال واختيار المواد المستخدمة فيها أمران أساسيان لضمان تشغيلها بشكل آمن وفعال. ويمكن للمهندسين إنشاء خزانات تعمل بشكل موثوق في ظل ظروف قاسية من خلال اختيار المواد المناسبة مثل الفولاذ النيكل 9% للمكونات المبردة وASTM A516 Grade 70 للسقف. إن فهم التطبيقات المتنوعة لخزانات الغاز الطبيعي المسال - من محطات الاستيراد والتصدير إلى الاستخدامات الصناعية والنسخ الاحتياطي في حالات الطوارئ - يسلط الضوء على دورها الحاسم في البنية التحتية للطاقة العالمية. إن التصميم الدقيق واختيار المواد والالتزام بمعايير السلامة من شأنه أن يدعم استمرار نجاح تخزين الغاز الطبيعي المسال واستخدامه وسلامته. للحصول على مواصفات دقيقة وتسعير حالي، استشر [email protected] من المستحسن دائمًا تلبية احتياجات المشروع المحددة.