путь mingas.ru » Сжиженный природный газ (СПГ) » Криогенные материалы

Криогенные материалы

spgПомимо криогенных сплавов и металлов, большое количество других материалов обладают подходящими характеристиками при криогенных температурах. К таким материалам относятся пластмассы, дерево, бетоны, земля (грунт).

Земля

Первым материалом, который хорошо подходит для строительства криогенных установок, можно назвать непосредственно землю (грунт). Действительно, после того, как вода, которой насыщена земля, подвергается замерзанию, она приобретает дополнительную прочность, благодаря чему может быть успешно использована в качестве хранилища сжиженного природного газа.

Механическая прочность замороженной земли зависит не только от того, насколько низкой является температура, но и от того, насколько она насыщена водой. Также есть существенное различие между мгновенной прочностью и ползучестью (текучестью), которая во много раз меньше по своей величине. Данное различие объясняется наличием льда, который исполняет роль цемента между частичками земли (грунта), а также обуславливает ползучесть и пластичность замороженных грунтов.

Отдельные типы грунта, по типу глинистого, во время замерзания подвержены вспучиванию за счет впитывания влаги. Другие типы, песчаники, к примеру, этой особенности лишены. Существенное вспучивание, которое наблюдается во время заморозки грунтов глинистого типа, объясняется тем, что первичная вода не замерзает, а поступает в грунт в результате того, что парциональное давление паров воды на границе промерзания уменьшается.

В криогенной технике грунт используется в таких случаях:

1)      При постройке противопожарных рвов, которые окружают хранилища СПГ – резервуары, в которых хранится сжиженный природный газ.

2)      Подземные резервуары, в которых хранение сжиженного природного газа осуществляется прямо в вырытых в замороженном грунте полостях. Данная техника, которая с точки зрения безопасности представляет интерес, в отдельных случаях применялась в шестидесятых годах прошлого столетия в хранилищах Арзева (Алжир) и Канвей Айсленда (Англия). Однако, от данной техники позже отказались, чему способствовали две причины – слишком большие потери на испарение и то, что вокруг хранилищ, где хранится сжиженный природный газ, происходит подвижка грунта.

Бетоны

Бетоны также относятся к криогенным материалам. Их механическими свойствами являются сопротивление разрыву, модуль упругости, сопротивление сжатию, коэффициент Пуассона. Также при воздействии низких температур они увеличиваются, а их ползучесть одновременно с этим уменьшается.  Но если взглянуть с другой стороны. Им противопоказаны циклы охлаждение-нагрев, так как в этом случае бетон тем больше и быстрее повреждается, чем больше амплитуда колебаний температуры (термический шок) и влажность.

Теплопроводность бетона возрастает в интервале температур от плюс 20 до минус 170 градусов Цельсия на 5-20 процентов для сухого бетона, и 30-60 процентов для влажного бетона. Однако, с другой стороны, с понижением температуры теплоемкость бетона уменьшается, и это понижение составляет около 50% при температуре минус 170 градусов Цельсия.

В основном применяются армированные бетоны. Именно поэтому в каждом отдельном случае нужно учитывать то, как будет себя вести система бетон-арматура. Во время охлаждения за счет разницы в степени сжатия стали и бетона происходит образование внутренних напряжений. В первой фазе заморозки влажный бетон благодаря тому, что образуется лед, расширяется, а во второй фазе он сокращает свой объем. При минус 165 градусов Цельсия присутствует существенное отклонение в степени деформации стали и бетона. Термические циклы в интервале от плюс 20 до минус 165 градусов Цельсия вызывают повреждения бетона разной степени тяжести.

В криогенной технике бетон применяется в двух направлениях:

1)      В качестве вторичного барьера, предназначенного для содержания сжиженного природного газа в случае возникновения аварии в первичном барьере. Применение данной технологии существенно увеличивает безопасность резервуаров хранения СПГ наземного типа.

2)      В качестве первичного механического барьера для содержания сжиженного природного газа. Однако ввиду того, что бетон плохо переносит циклы нагрева и охлаждения, от этой технологии постепенно отказываются. Резервуары данного типа могут разогреваться только в крайне редких случаях.

Одним из побочных применений бетона является его использование в качестве изолирующего материала. Примером является коллоидный бетон, который применяется на поверхности ловушек или рвов, которые предназначаются для приема сжиженного природного газа в случае, если он разольется из надземного резервуара.

Во всех случаях применения, что перечислены, чувствительность бетона к термическим циклам не составляет большой проблемы, а прочность при воздействии низких температур, огнестойкость и стойкость к ударам делают этот материал практически идеальным.

Древесные материалы

С понижением температуры все свойства древесных материалов улучшаются, а кроме того, в криогенных условиях они не отличаются особой хрупкостью. По этой причине деревянные отсеки нашли использование в виде изоляции. Их применяют в случаях, когда необходимо получить небольшую теплопроводность и достаточную механическую прочность.

Однако, у древесных материалов, которые используются в данном качестве, в криогенных условиях имеются три дефекта, а именно:

  • Размерная нестабильность. Это значит, что их усадка в поперечном направлении в десять раз больше, чем в направлении волокон.
  • Их механические характеристики разбросаны.
  • Они подвержены растрескиванию.

Для того, чтобы избавиться от вышеперечисленных эффектов, часто применяются древесные материалы в виде фанеры. В ней листы древесины склеены таким образом, что в соседних листах направления волокон разные. Свойства клеев, которые применяются при низких температурах, определяют одновременно и свойства фанеры. В криогенной технике всегда используются морские клеи.

В качестве положительного факта нелишним будет отметить то, что с понижением температуры теплопроводность фанеры сильно уменьшается, и при минус 160 градусах Цельсия ее значение является примерно в два раза меньшим, нежели при комнатной температуре.

Во всех метановозах, в которых танки изготовлены по мембранной технологии, фанера применяется в качестве механической опоры и изолирующего материала, а в одной из технологий фанера применяется даже в качестве вторичного барьера.

Пластмассы для арматуры и стыковых соединений

В криогенной технике каучук не может использоваться, так как при низких температурах он становится хрупким. Вместо каучука в качестве прокладок в арматуре и соединениях применяются такие материалы:

  • Политетрафторэтилен (ПТФЭ), который используется либо смешанный со стекловолокном, либо в своем чистом виде (тефлон).
  • Смеси асбеста и синтетических эластомеров. Это тип изделий, названия которых в коммерческой практике имеют окончание «ит»: клингерит, вулкорит, перманит и так далее. Если присутствует асбест, то появляются определенные ограничения в использовании, такие, к примеру, как запрещение абразивной обработки.
Если статья оказалась полезной, в качестве благодарности воспользуйтесь одной из кнопок ниже - это немного повысит рейнинг статьи. Ведь в интернете так трудно найти что-то стоящее. Спасибо!

Оставить комментарий

  

  

Ваше мнение для нас важно!

Не ругаемся, не спамим, не пустословим, стараемся писать грамотно. Не кричим (сообщения заглавными буквами). Проявляем уважение к другим участникам обсуждения, соблюдаем правила. Спасибо!

Я не робот (обязательно)

Copyright © 2009-2014 mingas.ru – Мир природного газа | на сайте Все права защищены

RATING ALL.BY Рейтинг@Mail.ru