Подземное хранилище сжиженного природного газа (пх спг)
Владельцы патента RU 2566325:
Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ имени генерала армии А.В. Хрулева" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (RU)
Изобретение относится к подземной системе хранения и резервирования сжиженного природного газа (СПГ) для его накопления и выдачи потребителю. Подземное хранилище (ПХ) расположено ниже уровня земли 1 на отметке, предотвращающей промерзание поверхности земли, и ограждено по периметру от массива грунта бетонной стеной 2 типа «стена в грунте». Содержит расположенный на основании из уплотненного грунта 3 и теплоизоляционной прослойки 4 железобетонный резервуар 5, который по наружной цилиндрической поверхности окружен кольцевым газовым промежутком 6, расположенным между железобетонным резервуаром 5 и бетонной стеной 2 типа. ПХ СПГ снабжено выходящей из железобетонного резервуара на поверхность земли 1 технологической шахтой 9 с трубопроводами 10 для наполнения-выдачи СПГ и его паров, а также герметическими люками 11 и лестницей 12. Кольцевой газовый промежуток 6 сверху закрыт плитой 13. Верх железобетонного резервуара 5 и плиты 13 засыпан слоем теплоизоляционного материала 14. ПХ СПГ также снабжено дополнительной технологической шахтой 21 с герметическими люками 22 и лестницей. Изобретение обеспечивает повышение надежности эксплуатации. 2 ил.
Изобретение относится к подземной системе хранения и резервирования сжиженного природного газа (СПГ), а именно к экономичным, пожаро- и взрывобезопасным хранилищам, расположенным ниже уровня земли. Может быть использовано для накопления и выдачи СПГ потребителю, особенно, где недостаточно или вовсе отсутствует трубопроводный природный газ, а также для покрытия пикового потребления газа (в системе «пик-шейвинга»).
Известно подземное хранилище сжиженного природного газа (ПХ СПГ) [1] - (Патент RU 2232342 от 2004.07.10, МПК7 F17C 1/00, B65G 5/00), расположенное ниже уровня земли на отметке, предотвращающей промерзание поверхности земли, при самом длительном расчетном хранении СПГ, огражденное по периметру от массива грунта бетонной стеной типа «стена в грунте», содержащее расположенный на основании из уплотненного грунта и теплоизоляционной прослойки железобетонный резервуар, изнутри теплоизолированный и гидроизолированный от СПГ, снабженный расположенными в технологической шахте трубопроводами для наполнения-выдачи СПГ и его паров, выходящая из резервуара на поверхность земли технологическая шахта снабжена герметическими люками и лестницей, а верх бетонного резервуара засыпан слоем теплоизоляционного материала. ПХ СПГ [1] решает задачи повышения безопасности, надежности хранилища СПГ и снижения суточных потерь хранимого продукта (для подземных хранилищ больших и сверхбольших объемов). Однако имеет и следующие недостатки:
- неоправданность (по сложности и дороговизне) использования в технологии возведения цилиндрической стены железобетонного резервуара практически одноразовой и дорогостоящей опалубки (для наружной и внутренней поверхностей цилиндрической стены железобетонного резервуара фактически двух опалубок), так как опалубки после возведения хранилища в дальнейшем не могут быть использованы для возведения железобетонных резервуаров других типоразмеров, а их транспортировка из-за больших габаритов затруднена;
- увеличенная трудоемкость и трудозатраты по возведению железобетонного резервуара ПХ СПГ с применением двух опалубок для наружных и внутренних поверхностей цилиндрической стены железобетонного резервуара;
- сложность создания проектного качества железобетона в нижней зоне боковых стен между двумя опалубками (уровнями опалубки по высоте);
- сложность крепления на месте строительства по всей внутренней поверхности железобетонного резервуара теплоизоляции и гидроизоляции от СПГ, что снижает качество строительства.
Прототипом заявляемого технического решения является подземное хранилище сжиженного природного газа (ПХ СПГ) [2] - (Патент RU 2418728 С2 от 20.05.2011 г., МПК B65G 5/00), расположенное ниже уровня земли на отметке, предотвращающей промерзание поверхности земли при самом длительном расчетном хранении СПГ, огражденное по периметру от массива грунта бетонной стеной типа «стена в грунте», содержащее расположенный на основании из уплотненного грунта и теплоизоляционной прослойки железобетонный резервуар, по наружной боковой поверхности окруженный податливой прослойкой, изнутри теплоизолированный и гидроизолированный от СПГ, снабженный расположенными в технологической шахте трубопроводами для наполнения-выдачи СПГ и его паров, причем выходящая из железобетонного резервуара на поверхность земли технологическая шахта снабжена герметическими люками и лестницей, верх бетонного резервуара засыпан слоем легкого теплоизоляционного материала, отличающееся тем, что вертикальная стенка железобетонного резервуара выполнена из однотипных элементов постоянной кривизны в виде железобетонных блоков вафельной конструкции с сопрягаемыми друг с другом поверхностями и скрепляемых между собой снаружи резервуара стяжными резьбовыми соединениями через уплотнительные прокладки. Прототип решает задачу упрощения технологии строительства боковых стен железобетонного резервуара, со снижением при этом трудоемкости и трудозатрат и повышения качества строительства. Эта задача достигается исключением в технологии строительства цилиндрической боковой стены железобетонного резервуара двух дорогостоящих опалубок.
Однако недостатком прототипа [2] является то, что в процессе эксплуатации и обслуживания ПХ СПГ нет доступа к резьбовым соединениям железобетонных блоков, что существенно снижает эксплуатационную надежность всего сооружения.
Недостатки прототипа ставят задачу повышения эксплуатационной надежности ПХ СПГ, за счет создания возможности доступа к резьбовым соединениям железобетонных блоков при техническом обслуживании и ремонте.
Сущность изобретения состоит в том, что ПХ СПГ, расположенное ниже уровня земли на отметке, предотвращающей промерзание поверхности земли при самом длительном расчетном хранении СПГ, огражденное по периметру от массива грунта бетонной стеной типа «стена в грунте», содержащее расположенный на основании из уплотненного грунта и теплоизоляционной прослойки цилиндрический железобетонный резервуар, изнутри теплоизолированный и гидроизолированный от СПГ, снабженный расположенными в технологической шахте трубопроводами для наполнения-выдачи СПГ и его паров, причем выходящая из железобетонного резервуара на поверхность земли технологическая шахта снабжена герметическими люками и лестницей, верх бетонного резервуара засыпан слоем легкого теплоизоляционного материала, вертикальная стенка железобетонного резервуара выполнена из однотипных элементов постоянной кривизны в виде железобетонных блоков вафельной конструкции с сопрягаемыми друг с другом поверхностями и скрепляемых между собой снаружи цилиндрического резервуара стяжными резьбовыми соединениями через уплотнительные прокладки, отличается тем, что железобетонный резервуар расположен с кольцевым газовым промежутком от бетонной стены типа «стена в грунте», сверху кольцевой газовый промежуток между верхом железобетонного резервуара и бетонной стеной типа «стена в грунте» закрыт плитой, при этом кольцевой газовый промежуток сверху оборудован дополнительной технологической шахтой, снабженной герметическими люками и лестницей от основания до поверхности земли.
Технический результат предложенного технического решения состоит в повышении эксплуатационной надежности ПХ СПГ.
Введение в формулу изобретения отличительных признаков: «железобетонный резервуар расположен с кольцевым газовым промежутком от бетонной стены типа «стена в грунте» - необходимо для обеспечения доступа к резьбовым соединениям железобетонных блоков ПХ СПГ, для их обследования, обслуживания и возможных плановых и неплановых ремонтов. При этом кольцевой газовый промежуток выполняет роль податливой прослойки, которая была в конструкции прототипа [2].
Введение в формулу изобретения отличительных признаков: «сверху кольцевой газовый промежуток между верхом железобетонного резервуара и бетонной стеной типа «стена в грунте» закрыт плитой» необходимо для предотвращения попадания в кольцевой газовый промежуток (расположенный между железобетонным резервуаром и бетонной стеной типа «стена в грунте») теплоизоляционного материала, которым засыпан верх бетонного резервуара до поверхности земли.
Введение в формулу изобретения отличительных признаков: «кольцевой газовый промежуток сверху оборудован дополнительной технологической шахтой, снабженной герметическими люками и лестницей от основания до поверхности земли» необходимо для обеспечения доступа обслуживающего персонала к газовому промежутку (расположенный между железобетонным резервуаром и бетонной стеной типа «стена в грунте») и, как следствие, далее к резьбовым соединениям железобетонных блоков ПХ СПГ.
На фиг. 1 представлен вид ПХ СПГ. На фиг. 2 - увеличенный вид нижней части ПХ СПГ с железобетонным резервуаром из железобетонных блоков вафельной конструкции (по крайней мере, с одной внешней отбортовкой по всему периметру блока).
ПХ СПГ расположено ниже уровня земли 1 на отметке, предотвращающей промерзание поверхности земли при самом длительном расчетном хранении СПГ. ПХ СПГ ограждено по периметру от массива грунта бетонной стеной типа «стена в грунте» 2 и содержит расположенный на основании из уплотненного грунта 3 и теплоизоляционной прослойки 4 железобетонный резервуар 5, который по наружной цилиндрической (боковой) поверхности окружен кольцевым газовым промежутком 6, расположенным между железобетонным резервуаром 5 и бетонной стеной типа «стена в грунте» 2. Железобетонный резервуар 5 изнутри покрыт слоями теплоизоляции 7 и гидроизоляции 8 от СПГ. ПХ СПГ снабжено выходящей из железобетонного резервуара на поверхность земли 1 технологической шахтой 9 с трубопроводами 10 для наполнения-выдачи СПГ и его паров, а также герметическими люками 11 и лестницей 12. Кольцевой газовый промежуток 6 сверху закрыт плитой 13, которая может быть сплошной монолитный кольцевой или составной из кольцевых сегментов. Плита 13 может с внутренней стороны опираться на верх железобетонного резервуара 5, а с внешней стороны - на закладные элементы, вмонтированные в «стену в грунте» 2. Верх железобетонного резервуара 5 и плиты 13, закрывающей кольцевой газовый промежуток 6, засыпан слоем легкого и дешевого теплоизоляционного материала 14, в качестве которого могут быть применены отходы от сгорания угля - доменный шлак. Вертикальные стенки железобетонного резервуара выполнены из однотипных элементов 15 постоянной кривизны с сопрягаемыми друг к другу поверхностями 16. При этом однотипные элементы 15 выполнены в виде железобетонных блоков вафельной конструкции 17, скрепляемых между собой внутри цилиндрического резервуара 5 торцевыми наружными отбортовками (полками) 18, стяжными резьбовыми соединениями 19 через уплотнительные прокладки 20. Отбортовки 18 могут быть выполнены как железобетонными, так и из закладных деталей из металла. Уплотнительные прокладки 20 должны работать в широком диапазоне (в том числе и криогенных) температур. ПХ СПГ также снабжено дополнительной технологической шахтой 21 с герметическими люками 22 и лестницей 23. Технологическая шахта 21 опирается на плиту 13 и выходит на поверхность земли 1. Лестница 23 установлена от поверхности теплоизоляционной прослойки 4 до плиты 13 внутри кольцевого газового промежутка, и далее (выше) от плиты 13 внутри дополнительной технологической шахты 21 до поверхности земли 1.
Технология строительства предложенного ПХ СПГ.
Первоначально с поверхности грунта 1 возводится цилиндрическая «стена в грунте» 2, из которой в последующем выбирается грунт почти до нижней ее отметки, где грунт 3 дополнительно уплотняют. Поверх уплотненного грунта 3 - основания «стены в грунте» 2 засыпают слой 4 теплоизоляционного материала, поверх которого сооружают основание железобетонного резервуара 5. После чего из однотипных элементов 15 постоянной кривизны с сопрягаемыми друг к другу поверхностями 16 собирают вертикальную стену цилиндрического железобетонного резервуара 5. При применении в качестве однотипных элементов 14 железобетонных блоков вафельной конструкции 17 (по крайней мере, с одной внутренней отбортовкой 18 по всему периметру блока) их скрепляют между собой снаружи резервуара 5 торцевыми внешними отбуртовками 18, стяжными резьбовыми соединениями 19 через уплотнительные прокладки 20. Монтаж производят по известным технологиям. Время сооружения железобетонного резервуара, как и в прототипе [2], небольшое, так как нет необходимости ждать отвердевания бетонного раствора, как при сооружении стены с опалубкой. После возведения цилиндрической вертикальной стены железобетонного резервуара 5 вся последующая технология строительства ПХ СПГ идентична строительству устройства - аналога [1].
ПХ СПГ должно быть использовано после полного завершения его строительства подземной и наземной части, когда смонтирован весь объем трубопроводной и запорно-регулирующей арматуры, а также после полного комплекса проверочно-испытательных работ и сдачи его государственным органам надзора. Подача СПГ осуществляется по трубопроводу наполнения (системы трубопроводов 10) хранилища (предпочтительно с одновременным заполнением сверху и снизу для равномерного охлаждения). В начальный период охлаждения железобетонного резервуара 5 и промораживания грунта существуют большие теплопритоки из вне. С течением времени в процессе дальнейшего заполнения железобетонного резервуара 5 теплопритоки уменьшаются за счет постоянного понижения температуры вокруг подземной части ПХ СПГ. Впоследствии замораживание грунта идет постоянно со снижением теплопритоков к СПГ. Резервуар 5 заполняется на 85-90% его полезного объема. В зависимости от объема резервуара 5 через определенное время в нем устанавливается стационарный процесс теплопроводности, при котором вся конструкция резервуара достигает постоянных отрицательных (криогенных) температур. Внутри резервуара 5 поддерживается давление немного больше атмосферного. Забор СПГ из резервуара 5 к потребителю производится по трубопроводу (по системе криогенных трубопроводов 10).
При отогреве и вентиляции воздухом ПХ СПГ может быть осуществлен в него доступ для проведения осмотров, обслуживании и ремонтов:
- через герметические люки 11 и лестницу 12, расположенные в технологической шахте 9, может осуществляться доступ в железобетонный резервуар 5;
- через герметические люки 22 и лестницу 23, расположенные в дополнительной технологической шахте 21, может осуществляться доступ в кольцевой газовый промежуток 6.
При необходимости обеспечения доступа обслуживающего персонала в железобетонный резервуар и к резьбовым соединениям железобетонных блоков ПХ СПГ для их обследования, обслуживания и возможного ремонта необходимо выполнить следующие операции:
1. Полностью опорожнить подземное хранилище от хранимого в нем СПГ.
2. Произвести отогрев железобетонного резервуара.
3. Произвести вентиляцию железобетонного резервуара и дальнейшее его заполнение воздухом.
4. Произвести вентиляцию кольцевого газового промежутка и дальнейшее его заполнение воздухом.
Далее с соблюдением известных мер безопасности производят доступ в железобетонный резервуар и кольцевой газовый промежуток подготовленного обслуживающего персонала, осуществляют спуск дополнительного лестничного (или альпинистского) оборудования и технологических средств для обследования и ремонта. После проведения необходимых работ и их завершения производят заполнение инертным газом кольцевого промежутка и закрывают герметичные люки дополнительной технологической шахты. Далее известным методом производят захолаживание железобетонного резервуара и заполнение хранилища сжиженным природным газом.
Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения заключается в том, что по сравнению с прототипом предложенное ПХ СПГ позволяет существенно повысить эксплуатационную надежность ПХ СПГ из-за возможности в процессе обслуживания ПХ СПГ обеспечить доступ к резьбовым соединениям железобетонных блоков, для их обследования, обслуживания и возможного ремонта.
Полагаем, что предложенной ПХ СПГ обладает всеми критериями изобретения, так как совокупность ограничительных и отличительных признаков формулы изобретения является новым для конструкций подземных хранилищ сжиженного природного газа и, следовательно, соответствует критерию "новизна".
Совокупность признаков формулы изобретения предложенного устройства неизвестна на данном уровне развития техники и не следует общеизвестным правилам разработки и конструирования ПХ СПГ, что доказывает соответствие критерию "изобретательский уровень".
Разработка, конструирование и внедрение предложенного ПХ СПГ не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, откуда следует соответствие критерию "промышленная применимость".
Источники информации
1. Патент RU 2232342 С1 от 2004.07.10, МПК7 F17C 1/00, B65G 5/00, «Подземное хранилище сжиженного природного газа (ПХ СПГ)».
2. Патент RU 2418728 С2 от 20.05.2011 г., МПК8 B65G 5/00, «Подземное хранилище сжиженного природного газа (ПХ СПГ)» - [2] - прототип.
Подземное хранилище (ПХ) сжиженного природного газа (СПГ), расположенное ниже уровня земли на отметке, предотвращающей промерзание поверхности земли при самом длительном расчетном хранении СПГ, огражденное по периметру от массива грунта бетонной стеной типа «стена в грунте», содержащее расположенный на основании из уплотненного грунта и теплоизоляционной прослойки цилиндрический железобетонный резервуар, изнутри теплоизолированный и гидроизолированный от СПГ, снабженный расположенными в технологической шахте трубопроводами для наполнения-выдачи СПГ и его паров, причем выходящая из железобетонного резервуара на поверхность земли технологическая шахта снабжена герметическими люками и лестницей, верх бетонного резервуара засыпан слоем легкого теплоизоляционного материала, вертикальная стенка железобетонного резервуара выполнена из однотипных элементов постоянной кривизны в виде железобетонных блоков вафельной конструкции с сопрягаемыми друг с другом поверхностями и скрепляемых между собой снаружи цилиндрического резервуара стяжными резьбовыми соединениями через уплотнительные прокладки, отличающееся тем, что железобетонный резервуар расположен с кольцевым газовым промежутком от бетонной стены типа «стена в грунте», сверху кольцевой газовый промежуток между верхом железобетонного резервуара и бетонной стеной типа «стена в грунте» закрыт плитой, при этом кольцевой газовый промежуток сверху оборудован дополнительной технологической шахтой, снабженной герметическими люками и лестницей от основания до поверхности земли.
