ПОДЗЕМНОЕ ХРАНИЛИЩЕ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА (ПХ СПГ)
UNDERGROUND STORAGE OF LIQUEFIED NATURAL GAS

3
Изобретение относится к подземной системе хранения и резервирования СПГ, а именно к экономичным, пожаро - и взрывобезопасным хранилищам, расположенным ниже уровня земли, и 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»). Применение изобретения позволяет создавать эффективные конструктивные решения ПХ СПГ увеличенного диаметра. Это позволит повысить емкость хранилищ до больших и сверх больших объемов, и, как следствие, уменьшить себестоимость единицы (1 м) хранимого в нем СПГ.
Прототипом заявляемого технического решения является «ПХ СПГ» [1] - (Патент РФ на изобретение №2232342 от 10.07.2004 г., МПК 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 при сооружении ПХ СПГ по [1] большого и сверх большого диаметра возникают проблемы создания крыши железобетонного резервуара как при ее возведении (строительстве), так и при засыпке ее сверху теплоизоляционным материалом. Проблему можно решать созданием более выпуклой крыши (увеличением кривизны купола) или же увеличением ее толщины, что ведет к неоправданно высоким стоимостным показателям строительства всего ПХ СПГ. При этом создание внутренней опалубки по всей площади крыши железобетонного резервуара СПГ большого и сверхбольшого диаметра также проблематично и как следствие дорого.
Данные недостатки ставят задачу создания ПХ СПГ большого и сверхбольшого диаметра с облегченной крышей железобетонного резервуара. При этом должны решаться дешевыми (экономными) и известными методами вопросы как ее строительства, так и обеспечение ее прочностных характеристик при засыпке крыши сверху теплоизоляционным материалом и слоем грунта.
Задача создания крыши железобетонного резервуара ПХ СПГ большого и сверхбольшого диаметра решается применением ее поддержки при помощи вант, равномерно натянутых от крыши к железобетонному опорному кольцу, расположенному выше крыши железобетонного резервуара (ее купола). При этом вся конструкция крыши железобетонного резервуара с вантами и железобетонным опорным кольцом находится ниже уровня земли и засыпана слоем теплоизоляционного материала.
Другими словами, указанная задача решается тем, что в ПХ СПГ, расположенном ниже уровня земли на отметке, предотвращающей промерзание поверхности земли при самом длительном расчетном хранении СПГ, огражденном по периметру от массива грунта бетонной стеной типа «стена в грунте», содержащем расположенный на основании из уплотненного грунта и теплоизоляционной прослойки железобетонный резервуар по наружной цилиндрической (боковой) поверхности, окруженный податливой прослойкой и изнутри теплоизолированный и гидроизолированный от СПГ, снабженный расположенными в технологической шахте трубопроводами для наполнения-выдачи СПГ и его паров, с выходящей из железобетонного резервуара на поверхность земли технологической шахтой, снабженной герметическими люками и лестницей, верх бетонного резервуара засыпан слоем легкого теплоизоляционного материала, крыша железобетонного резервуара подземного хранилища выполнена с вантами, натянутыми от крыши железобетонного резервуара к опорному железобетонному кольцу, расположенному в бетонной стене типа «стена в грунте» выше крыши железобетонного резервуара и ниже поверхности земли, ванты покрыты антикоррозионным покрытием и засыпаны слоем легкого теплоизоляционного материала.
При всем вышеизложенном также известны технические решения дополнительного (как и основного) крепления крыши (перекрытия) при помощи вант от расположенного выше опорного кольца (опорных элементов), например, представленные ниже полезные модели и изобретение.
Наземный «вертикальный железобетонный сборный резервуар» [2] - (Патент РФ на полезную модель №53342 от 10.05.2006 г., МПК E17H 7/00), содержащий стену из железобетонных панелей, днище и висячее вантовое покрытие, образованное радиальными металлическими вантами, натянутыми к опорному железобетонному опорному поясу.
«Способ монтажа Байтового покрытия большепролетного здания» [3] - (Патент РФ на изобретение №2029831 от 27.02.1995 г., МПК E04B 7/14), устройства для реализации которого содержат прикрепленное вантами к опорным поясам покрытие (крышу).
«Система крепления котлованов при строительстве подземных сооружений» [4] - (Патент РФ на полезную модель №83080 от 20.05.2009 г., МПК E02D 17/04), содержащая расположенную по периметру сооружения ограждающую конструкцию, выполненную в виде «стены в грунте», капитальное перекрытие (крышу), поддерживаемую от расположенных выше капитального перекрытия временных опорных конструкций (опорного кольца) Байтовыми оттяжками.
Однако такие технические решения [2], [3] и [4] не использованы при создании ПХ СПГ большого и сверх большого диаметра. Кроме того, не известно использование в ПХ СПГ конструктивных решений крыши железобетонного резервуара с вантами и железобетонным опорным кольцом, засыпанными слоем теплоизоляционного материала и находящимися ниже уровня земли.
Введение в формулу изобретения предложенного технического решения признака «крыша железобетонного резервуара подземного хранилища выполнена с вантами, натянутыми от крыши железобетонного резервуара к опорному железобетонному кольцу» необходимо для существенного уменьшения материалоемкости крыши железобетонного резервуара ПХ СПГ и увеличения его прочности и несущей способности, а также упрощения технологии строительства.
Введение в формулу изобретения признака «опорное железобетонное кольцо расположено в бетонной стене типа «стены в грунте» выше крыши железобетонного резервуара и ниже поверхности земли» необходимо для создания опорного элемента крыши железобетонного резервуара ПХ СПГ - опорного железобетонного кольца. Его расположение вытекает из условий оптимального распределения нагрузок от крыши железобетонного резервуара, а также условий исключения передачи теплоты от поверхности грунта к элементам крыши железобетонного резервуара ПХ СПГ. Данный признак также, как и у прототипа, обеспечивает высокую пожаро- и взрывоопасность в результате техногенной деятельности или возможных диверсионных актов.
Введение в формулу изобретения признака «ванты покрыты антикоррозионным покрытием и засыпаны слоем легкого теплоизоляционного материала» необходимо для исключения коррозионного повреждения вант, а также для снижения к минимуму теплопритоков к ПХ СПГ и невыхода «нулевой изотермы» на поверхность грунта.
Выполнение ПХ СПГ с вышеизложенной совокупностью ограничительных и отличительных признаков формулы изобретения является новым для хранилищ СПГ, и, следовательно, соответствует критерию «новизна».
Вышеприведенная совокупность признаков неизвестна на данном уровне развития техники и не следует из общеизвестных правил конструирования хранилищ СПГ и их вспомогательного оборудования, что доказывает соответствие критерию «изобретательский уровень».
Конструктивная реализация хранилищ СПГ с указанной выше совокупностью признаков не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, откуда следует соответствие критерию «промышленная применимость».
На чертеже представлен схематичный разрез ПХ СПГ.
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 податливой прослойкой 6 и 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. Верх бетонного резервуара засыпан слоем легкого и дешевого теплоизоляционного материала 13, в качестве которого могут быть применены отходы от сгорания угля - доменный шлак. От закрепленного на бетонной стене типа «стена в грунте» 2 опорного железобетонного кольца 14 прикреплены поддерживающие крышу железобетонного резервуара 5 ванты 15, которые равномерно распределены по крыше железобетонного резервуара 5 и закреплены в ее арматурном металлическом каркасе (не показан). Опорное железобетонное кольцо 14 расположено выше крыши железобетонного резервуара 5 и ниже поверхности земли 1, ванты 15 покрыты антикоррозионным покрытием и засыпаны слоем легкого теплоизоляционного материала 13.
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 резервуара 3 и промораживания грунта существуют большие теплопритоки из грунта, но с течением времени в процессе дальнейшего заполнения резервуара 5 теплопритоки уменьшаются за счет постоянного понижения температуры вокруг хранилища, и впоследствии замораживание грунта идет постоянно (со снижением теплопритоков к СПГ). Резервуар заполняется на 85-90% его полезного объема. В зависимости от объема резервуара через определенное время в нем устанавливается стационарный процесс теплопроводности, при котором вся конструкция резервуара достигает постоянных отрицательных (криогенных) температур. Внутри резервуара 5 поддерживается постоянная криогенная температура и давление (немного больше атмосферного). Забор СПГ из резервуара 5 производится по трубопроводу (системы криогенных трубопроводов 10) к потребителю. Податливая прослойка 6 выполняет роль компенсатора, снижающего давление грунта на резервуар в стационарном режиме эксплуатации. Через герметические люки 11 и лестницу 12, расположенные в технологической шахте 9, осуществляется доступ в резервуар (при его отогреве и вентиляции воздухом) и проведение возможных осмотров, обслуживание и ремонт.
Технология строительства предложенного ПХ СПГ
Первоначально с поверхности грунта 1 возводится цилиндрическая «стена в грунте» 2. Далее, после выемки грунта на расчетной отметке в цилиндрической «стене в грунте» 2 монтируют (сооружают) опорное железобетонное кольцо 14 с креплениями для вант 15 (не показаны). После чего из цилиндрической «стены в грунте» 2 ниже опорного железобетонного кольца 14 выбирается грунт почти до нижней ее отметки, где грунт 3 дополнительно уплотняют. Поверх уплотненного грунта 3 - основания бетонной стены типа «стена в грунте» 2 засыпают слой 4 теплоизоляционного материала, поверх которого сооружают основание железобетонного резервуара 5 и его стены, производят засыпку (или заливку) податливой прослойки 6. Далее монтируют известным способом подвешенный на вантах 15 арматурный каркас крыши железобетонного резервуара и опалубку. Производят заливку бетоном арматурного каркаса крыши железобетонного резервуара и после ее отвердевания, и снятия опалубки производят последовательно: крепление слоев внутренней теплоизоляции 7 и гидроизоляции 8 железобетонного резервуара, сооружение технологической шахты 9, установку в нее системы трубопроводов 10, герметичных люков 11, лестницы 12, производят засыпку слоем легкого и дешевого теплоизоляционного материала 13.
Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения заключается в том, что по сравнению с прототипом предложенное ПХ СПГ позволяет создавать конструктивные решения ПХ СПГ увеличенного диаметра, что позволит увеличить емкость хранилищ, и, как следствие, уменьшить себестоимость единицы хранимого в нем СПГ.
Кроме этого, предложенное техническое решение, также как и прототип, обладает высокой степенью пожаро- и взрывобезопасности как в эксплуатационных условиях, так и при авариях и различных техногенных воздействиях, а также обладает экологической безопасностью при длительных сроках хранения СПГ и эксплуатации хранилища (что обуславливает постоянно снижающиеся потери СПГ от испарения). Предложенное конструктивное решение имеет широкие возможности размещения на территории России в разнообразных грунтовых условиях и обладает большим диапазоном объема хранения СПГ. Повышение безопасности, надежности и долговечности достигается расположением резервуара на глубину, обеспечивающую защиту резервуара от возможного разрушения в результате техногенной деятельности или диверсионных актов, а также предотвращением пучения грунта над резервуаром.
Источники информации
1. Патент РФ на изобретение №2232342 от 10.07.2004 г., МПК F17/C 1/00, B65G 5/00, «ПХ СПГ» - прототип.
2. Патент РФ на полезную модель №53342 от 10.05.2006 г., МПК E17H 7/00, «Вертикальный железобетонный сборный резервуар».
3. Патент РФ на изобретение №2029831 от 27.02.1995 г., МПК E04B 7/14, «Способ монтажа Байтового покрытия большепролетного здания».
4. Патент РФ на полезную модель №83080 от 20.05.2009 г., МПК E02D 17/04, «Система крепления котлованов при строительстве подземных сооружений».