Введение
Газодержатель, также известный как газометр, — это большой резервуар для хранения природного газа или городского газа (угольного газа или ранее также водогаза) при близком к атмосферному давлении и температуре окружающей среды. Объем резервуара изменяется в зависимости от количества хранимого газа, а давление создается весом подвижного купола. Типичные объемы больших газодержателей составляют около , с сооружениями. В настоящее время газодержатели чаще используются для балансировки системы газоснабжения, чтобы обеспечить работу газопроводов в безопасном диапазоне давлений, а не для длительного хранения газа.
A gas holder or gasholder, also known as a gasometer, is a large container in which natural gas or town gas (coal gas or formerly also water gas) is stored near atmospheric pressure at ambient temperatures. The volume of the container follows the quantity of stored gas, with pressure coming from the weight of a movable cap. Typical volumes for large gas holders are about , with structures. Gas holders now tend to be used for balancing purposes to ensure that gas pipes can be operated within a safe range of pressures, rather than for actually storing gas for later use.
Этимология
Антуан Лавуазье сконструировал первый газодержатель, который он назвал газометром, для помощи в своих исследованиях в области пневматической химии. Это позволило ему взвешивать газ в пневматической ванне с необходимой точностью. В 1789 году он опубликовал свой «Traité Élémentaire de Chimie». Джеймс Уотт-младший сотрудничал с Томасом Беддоусом в создании пневматического аппарата – недолговечного медицинского оборудования, включавшего в себя газометр. Уотт затем адаптировал газометр для хранения угольного газа. Англицизм "gasometer" был принят Уильямом Мердоком, изобретателем газового освещения, в 1782 году в качестве названия для его газовых резервуаров. Коллеги Мердока возражали, что его "газометр" – это не счётчик, а ёмкость, но название было сохранено и получило широкое распространение. Газовые резервуары обозначались как газометры на крупномасштабных картах, издаваемых Британской военной картографической службой, и этот термин стал использоваться для обозначения газовых заводов, хотя на любом заводе могло быть несколько газовых резервуаров. Однако термин "газометр" по-прежнему не рекомендуется к использованию в технических кругах, где предпочтительнее "газовый резервуар". Орфография "газовый резервуар" используется, в частности, BBC, но вариант "газодержатель" встречается чаще.
История
До середины 20-го века угольный газ производился в ретортах путем нагрева угля без доступа воздуха, этот процесс был известен как газификация угля. Угольный газ впервые использовался для уличного освещения, подаваясь по деревянным или металлическим трубам от реторты к фонарям. Первое общественное газоснабжение по трубопроводам было осуществлено в 1807 году вдоль улицы Пэлл-Молл в Лондоне. Заслуга в этой установке принадлежит немецкому изобретателю и предпринимателю Фредерику Альберту Винзору. Прокладка труб требовала сервитутов, что задерживало дальнейшую установку уличного освещения, а также подключение газа для бытового освещения, отопления и приготовления пищи. Многие экспериментировали с дистилляцией угля для получения горючего газа, в том числе Жан Тардин (1618), Клейтон (1684), Жан Пьер Минкелерс (Лёвен, 1785) и Пикель (D) (1786). Уильям Мердок добился успеха. В 1777 году он присоединился к компании Boulton and Watt на мануфактуре Soho в Бирмингеме, а в 1792 году построил реторту для нагрева угля и получения газа, которым освещал свой дом и офис в Редруте. Его системе не хватало системы хранения, пока Джеймс Уотт-младший не адаптировал газометр Лавуазье для этой цели. Газометр был включен в состав первых небольших газовых заводов, построенных для мануфактуры Soho в 1798 году. Уильям Мердок и его ученик Сэмюэл Клегг устанавливали реторты на отдельных фабриках и других предприятиях. Самая ранняя установка была в 1805 году на фабрике Lee & Phillips, Salford Twist Mill, где было установлено восемь газгольдеров. Вскоре после этого Клеггом для Генри Лоджа был построен газгольдер в Соверби-Бридж. Первые независимые коммерческие газовые заводы были построены компанией Gas Light and Coke Company на улице Great Peter Street в Вестминстере в 1812 году, с деревянными трубами, проложенными к газовым фонарям на Вестминстерском мосту в канун Нового года 1813 года. Общественное газовое освещение рассматривалось как средство снижения преступности, и до 1840-х годов регулировалось полицией. Из-за опасений по поводу безопасности, высказанных Королевским обществом, размеры газгольдеров были ограничены, и они помещались в газгольдерные дома. На самом деле, любая небольшая утечка из закрытого газгольдера создавала потенциально взрывоопасную смесь воздуха и газа внутри дома, представляя гораздо большую опасность, чем сама утечка; строительство домов вокруг газгольдеров было прекращено в Великобритании. Однако в Соединенных Штатах, где газ нуждался в защите от более суровых погодных условий, газгольдерные дома продолжали строиться и имели декоративный вид. Телескопический газгольдер был впервые изобретен в 1824 году. Уплотнение типа "чаша и захват" было запатентовано Хатчинсоном в 1833 году, а первый рабочий образец был построен в Лидсе. Газгольдеры строились по всей Великобритании в большом количестве, начиная с 1850-х годов. Первые были двухстоечными, более поздние – четырехстоечными с раменным управлением, и их можно было оснастить дополнительным летающим стоечным механизмом. Большие газгольдеры на Кингс-Кросс в Лондоне были построены в 1860-х годах. Уильям Гэдд из компании Gadd & Mason в Манчестере изобрел спирально направляемый газгольдер в 1890 году. Вместо внешних колонн или направляющих рам его конструкция работала на спиральных рельсах. Первый коммерческий проект был построен в Нортвиче, Чешир, в том же году. К концу 19-го века большинство городов Великобритании имели собственные газовые заводы и газгольдеры.
Газовые контейнеры с водяной уплотнительной пломбой
Самые ранние газовые баллоны Boulton и Watt имели один подъемник. Резервуар располагался над землей и был облицован деревом; подъемник направлялся треногами и тросами. Для регулирования давления газа использовались шкивы и грузы. В 1818 году были введены резервуары из кирпича, при этом емкость газодержателя могла достигать [укажите единицу измерения, если она была в оригинале]. Инженер Джон Малам разработал резервуар с центральной системой направляющих стержней и труб. Телескопические газодержатели делятся на две подкатегории. Первые телескопические модели были с направляющими колоннами и начали строиться с 1824 года. Для направления телескопических стенок, или "подъемников", они имеют внешнюю раму, постоянно видимую на определенной высоте. Усовершенствованием стал газодержатель с направляющим каркасом, в котором тяжелые колонны были заменены более легкой и обширной конструкцией. Вертикальные балки (стойки) пересекались горизонтальными балками и диагональными связями. Эту конструкцию можно было крепить к подземному или наземному резервуару. Запатентованный Котлером направляющий каркас отказался от горизонтальных балок, используя вместо них диагональную треугольную ферму. Кабельные газодержатели, изобретенные Пизом в 1880 году, имели ограниченное применение, но были полезны на неустойчивых грунтах, где жесткие системы могли деформироваться и заклинивать подъемник. Спиральные газодержатели строились в Великобритании с 1890 по 1983 год. Они не имеют рамы, и каждый подъемник направляется предыдущим, вращаясь при подъеме в соответствии со спиральными направляющими. Оба телескопических типа используют манометрическое свойство воды для обеспечения герметичности. Весь резервуар плавает в круговом или кольцевом водоеме, удерживаемый приблизительно постоянным давлением переменного объема газа, давление которого определяется весом конструкции, а вода обеспечивает герметичность газа внутри движущихся стенок. Помимо хранения газа, конструкция резервуара служит для поддержания давления в газовой системе. В телескопических (многоподъемных) резервуарах самый внутренний резервуар имеет выступ вокруг внешней части нижнего края, называемый чашей, который захватывает воду при подъеме над уровнем воды в водоеме. Это немедленно зацепляет нижний выступ на внутреннем краю следующего внешнего подъемника, называемый захватом, и по мере погружения захвата в чашу обеспечивается водонепроницаемость, пока внутренний резервуар продолжает подниматься, пока захват не опустится на чашу, после чего дальнейшая подача газа начнет поднимать и этот подъемник. Газодержатели строились с четырьмя подъемниками. Дополнительный подъемник можно было установить на газодержатели с колоннами или каркасом. Это был дополнительный внутренний резервуар, который поднимался выше стоек, если инфраструктура выдерживала дополнительные сдвиговые нагрузки и вес. Хотя и не исключительно, использовались спиральные направляющие.
Газодержатель типа "сухой уплотнитель"
Сухие газовые держатели имеют статическую цилиндрическую оболочку, внутри которой поршень поднимается и опускается. При движении газ не выходит благодаря смазочному уплотнению, смоло-масляному уплотнению или уплотнительной мембране, которая разворачивается и сворачивается от поршня. Газовый держатель типа MAN (Maschinenfabrik Augsburg Nürnberg AG) был представлен в 1915 году: он имел многоугольную форму и использовал смоло-масляное уплотнение. Газовый держатель Klonne с сухим уплотнением был круглой формы и использовал смазочное уплотнение. Газовый держатель Wiggins с сухим уплотнением был запатентован в 1952 году: он использовал гибкую занавеску, подвешенную к поршню. Самый большой газовый держатель низкого давления был газовый держатель Klonne, построенный в 1938 году в Гельзенкирхене. Его высота составляла , а диаметр – , что обеспечивало емкость . Существовал также газовый держатель типа MAN, построенный в 1934 году в Чикаго, с емкостью .
Европа
Загрязнение, связанное с газовыми заводами и газохранилищами, затрудняет восстановление земли для других целей, но некоторые газовые хранилища, такие как Венские газометры, были переоборудованы для других нужд, например, в жилые помещения, торговый центр и исторические архивы города. Однако многие участки никогда не использовались для производства "городского газа", поэтому загрязнение почвы относительно невелико. Газовые баллоны на протяжении до 200 лет были важной частью силуэтов низкоэтажных британских городов благодаря своей большой характерной форме и центральному расположению. Изначально они использовались для балансировки суточного спроса и производства городского газа. С переходом на природный газ и строительством общенациональной сети трубопроводов их использование постепенно сокращалось, поскольку трубопроводная сеть могла как хранить газ под давлением, так и в конечном итоге напрямую удовлетворять пиковый спрос. Лондон, Манчестер, Шеффилд, Бирмингем, Лидс, Ньюкасл, Солсбери и Глазго (где находятся самые большие газометры в Великобритании) известны большим количеством газовых держателей. Некоторые из этих газовых емкостей получили статус памятников архитектуры. Газовые баллоны за станцией Кингс-Кросс в Лондоне были специально демонтированы во время строительства нового железнодорожного сообщения через Ла-Манш, а газовый баллон № 8 был воссоздан на близлежащем участке за станцией Сент-Панкрас в рамках жилищного строительства. Он был превращен в парк. Большинство газовых баллонов больше не используются, и ведется программа демонтажа для освобождения земли для повторного использования. Газовый завод в Южном Лоттсе, Дублин, Ирландия, был переоборудован в квартиры. В прошлом на станциях газовых держателей работал оператор, контролирующий их перемещение. Однако с внедрением систем управления процессами, используемых на этих объектах, такая должность устарела. Самый высокий газометр в Европе высотой в находится в Оберхаузене. В Великобритании, как и в других европейских странах, в последние годы возникло движение за сохранение классических газометров, особенно после того, как британская National Grid объявила в 2013 году о планах по демонтажу 76 газовых держателей, а вскоре после этого Southern and Scottish Gas networks заявили о намерении снести еще 111. Кристофер Костелло, директор Викторианского общества, один из лидеров кампании по сохранению газометров, заявил: «Газометры, благодаря своим размерам и конструкции, неизбежно становятся ориентирами. [Они] – исключительно впечатляющие сооружения, несмотря на свою пустоту». Газовый баллон в Амстердаме принимал у себя техно-вечеринки Awakenings.
Соединенные Штаты
Газометры сейчас сравнительно редки в США (где их обычно называли газовыми держателями); хотя сотни были построены между 1870-ми и 1940-ми годами, многие из них с тех пор были снесены. Крупнейший в США производитель газовых держателей, компания Bartlett Hayward Company из Балтимора (с 1927 года подразделение Koppers), построила 600 из них с 1870-х годов до 1941 года, когда была опубликована монография об истории компании. Они были построены почти в каждом штате США, а также в других местах Северной Америки, Южной Америки и Южной Африки. Эти 600, как резервуаров для воды (541 единица) так и безводного типа (59 единиц), имели совокупную емкость 1,1 миллиарда кубических футов (10⁹). Главы Latrobe, посвященные направлению бизнеса B. H. по производству газовых держателей, предоставляют дополнительные детали, которые будут полезны читателям, интересующимся историей газовой промышленности США. Общая закономерность развития газовой промышленности США заключалась в том, что с 1870-х по 1940-е годы газовые заводы были распространены во многих местах, производя угольный газ и водяной газ, а во второй половине 20-го века развитие распределения природного газа по газопроводам вытеснило эту систему, и существующие газовые держатели использовались (в менее критичной роли) для управления давлением в газопроводах, пока не достигли конца срока службы. Несколько газовых держателей были возведены в Сент-Луисе компанией Laclede Gas Light Company в начале 20-го века. Эти газометры оставались в эксплуатации до начала первого десятилетия 21-го века, когда последний был выведен из эксплуатации и оставлен на месте. Самый последний использовавшийся газометр в Соединенных Штатах находился на юго-восточной стороне Индианаполиса, но он был снесен вместе с соседним коксным заводом Citizens Energy Group. Пара держателей на станции Ньютаун Холдер в Элмхерсте, Квинс, Нью-Йорк, была популярным ориентиром для репортеров о дорожном движении, пока они не были снесены в 1996 году и не стали парком Эльмхерст. В газете "Нью-Йорк Таймс" подробно описывался снос двух больших "танков Маспета" в близлежащем Гринпойнте, Бруклин. Первым крупным безводным (типа MAN) держателем, построенным B. H., был держатель на заводе River Rouge компании Ford Motor Company, построенный в 1935 году. Еще один большой держатель типа MAN был возведен в 1949 году компанией B. H. к востоку от Балтимора, штат Мэриленд, и эксплуатировался компанией Baltimore Gas and Electric в течение 32 лет. Эта конструкция высотой 94 м и шириной 52 м, вмещавшая , была достопримечательностью благодаря своей необычной разметке – красно-белой шахматной схеме, начинавшейся с высоты 61 м. Конструкция была снесена в июле 1984 года. Примерно дюжина кирпичных или бетонных сооружений, построенных во второй половине 19-го века для размещения газовых держателей, известных как газовые дома, до сих пор существуют в Соединенных Штатах. Сооружение Troy Gas Light Company в Трое, штат Нью-Йорк, является одним из крупнейших сохранившихся примеров. В начале 2021 года предпринимались усилия по спасению газового дома Concord Gas Light Company в Конкорде, штат Нью-Гэмпшир. Он необычен тем, что внутренние механизмы конструкции, включая крышку, все еще находятся на месте. PG&E эксплуатировала газовые держатели на своих газогенерирующих заводах в Калифорнии до строительства газопроводов. Завод на Бич-стрит в Сан-Франциско был построен в 1899 году. Газовый завод работал до 1931 года, но его газовый держатель использовался с природным газом до 1950-х годов, когда территория была застроена. Газовые держатели также ранее существовали в Чико (снесен в 1951 году), Дейли-Сити, Эврика, Фресно, Лонг-Бич (1927–1997), Лос-Анджелес, включая два в поле зрения мэрии Мерсед, Монтерей, Окленд, Реддинг (газовый держатель снесен в начале 1960-х годов), Редвуд-Сити (газовый держатель построен в начале 1900-х годов, снесен в 1959 году), Салинас, завод Сан-Франциско-Потреро, Санта-Роза, Сент-Хелена, Стоктон, Вальехо, Уиллоус; и, вероятно, существовали на других газогенерирующих заводах в Колусе, Холлистере, Лоди, Мадере, Мэрисвилле, Модесто, Напе, Оукдейле, Оровилле, Ред-Блаффе, Сакраменто, Сан-Луис-Обиспо, Санта-Крус, Сельма, Трейси, Турлок, Уотсонвилл и Вудленд.
Австралия
Хотя га́згольдеры когда-то были распространены, в Австралии они стали редкостью. Большинство газовых заводов в стране были снесены или переоборудованы, и по этой причине сохранилось лишь несколько газоме́тров. Хороший пример в основном сохранившегося газоме́тра находится на территории Launceston Gasworks в Тасмании. Хотя газовый колокол был удалён, все остальные компоненты остались нетронутыми. На территории также видны остатки двух старых газоме́тров 1860-х годов, но сохранились только их фундаменты. В Сиднее красивый богато украшенный каркас газоме́тра можно увидеть с платформы железнодорожной станции Macdonaldtown, построенной над проходными тоннелями прилегающей территории газового завода. В Квинсленде Gasworks Newstead – это коммерческий, жилой и розничный комплекс, примыкающий к реке в Ньюстеде, Брисбен, открытый в 2013 году и построенный вокруг газового контейнера 1887 года, который теперь является объектом культурного наследия. Остался только каркас, внутри которого расположена площадь, используемая как общественная зона отдыха и для проведения различных мероприятий, таких как рынки или концерты. Каждый вечер в сумерках динамическая световая инсталляция освещает каркас. Бывшая промышленная площадка на окраине города превратилась в зону городского обновления с элитным жильём, центром которой является территория Газовых заводов. На протяжении многих лет огромный газго́льдер возвышался над стадионом Arden Street Oval, домашней ареной футбольного клуба North Melbourne Football Club в Викторианской футбольной лиге. Телевизионные трансляции матчей по австралийскому футболу, проходивших на знаменитом стадионе, показывали, как газго́льдер доминирует над ландшафтом. Он был снесен в конце 1977 / начале 1978 года.
Аргентина
Этот газовый резервуар, ранее эксплуатировавшийся компанией Gas del Estado, расположен в Вилла Майпу, в районе (Partido) Сан-Мартин, Аргентина. Он был построен в 1948 году компанией MAN и использовался для хранения коксового газа, производимого на расположенном поблизости заводе Usina Corrales. Имея общую высоту и диаметр, он функционировал в течение короткого периода времени, пока в 1954 году не был выведен из эксплуатации. Конструкция сохранилась и принадлежит компании Gas Natural Fenosa.
Другие системы хранения
Большая часть газа хранится в крупных подземных резервуарах, таких как соляные каверны. Для краткосрочного локального хранения предпочтительным методом является наполнение трубопроводов (line packing). В 1960-х и 1970-х годах полагали, что газовые резервуары можно заменить на баллоны высокого давления (цилиндрические сосуды с полусферическими окончаниями). Однако новые правила предписывали строить все новые баллоны в нескольких милях от населенных пунктов, а соображения безопасности хранения больших объемов природного газа под высоким давлением на поверхности земли сделали их непопулярными среди населения и местных органов власти. Баллоны постепенно выводятся из эксплуатации. Также возможно хранение природного газа в сжиженном виде, и эта практика широко распространена по всему миру.