Методологические основы расчета стоимости строительства заглубленных хранилищ СПГ

Методологические основы расчета стоимости строительства заглубленных хранилищ СПГ

Н.Г. Кириллов,

старший научный сотрудник ВИТИ, д.т.н., А.Н.Лазарев,

заместитель начальника ВИТИ, к.т.н.

В статье рассмотрены проблемы строительства стационарных заглубленных хранилищ сжиженного природного газа (СПГ). Отмечено, что заглубленные хранилища СПГ отличаются более высокой безопасностью при аварийных ситуациях и эксплуатации. Авторами впервые в России разработана методика расчета стоимости строительства заглубленных хранилищ СПГ, которая учитывает особенности создания стеновых, крышных конструкций и фундаментов заглубленных изотермических криогенных хранилищ.

Ключевые слова: сжиженный природный газ (СПГ), заглубленные криогенные хранилища, безопасность при аварийных ситуациях, стоимость строительства заглубленных хранилищ.

Design Procedure of Construction Cost of Underground Storehouses for the Liquefied Natural Gas

N.G. Kirillov, A.N. Lazarev

Problems of construction of stationary underground storehouses for the liquefied natural gas are considered in the paper. It is marked, that underground storehouses for LNG are characterized for higher safety at emergencies and operation. For the first time in Russia authors develop a design procedure of construction cost of underground storehouses for SPG. The offered technique takes into account features of creation of walls and cover designs and the bases of underground of isothermal cryogenic storehouses.

Keywords: liquefied natural gas (LNG), underground cryogenic storehouses, safety at emergencies, cost of construction of underground cryogenic storehouses.

Все возрастающая роль природного газа в системах топливной энергетики привела в середине прошлого века к интенсивному развитию современной инфраструктуры и рынка сжиженного природного газа. В настоящее время сектор СПГ - один из самых динамичных в энергетической отрасли. Мировое потребление сжиженного газа растет на 10 % в год, тогда как обычного газопроводного - только на 2,4 %. Согласно прогнозам экспертов, в 2020 г. доля СПГ в мировой торговле газом составит около 35 % (в 1970 г. - 3 %), а в 2030 г. уже достигнет 60 % [1].

Говоря о перспективах развития производства СПГ в России, необходимо подчеркнуть, что в XXI в. все основные российские газовые месторождения будут располагаться в неблагоприятных для строительства газопроводов районах (Баренцево море, шельф Карского моря, о. Сахалин и т.д.), что обусловливает необходимость строительства заводов по производству сжиженного природного газа в регионах перспективных месторождений (рис. 1). Морская добыча газа становится основой развития газовой промышленности России, поскольку крупнейшие российские проекты по увеличению добычи газа связаны с использованием потенциала континентального шельфа [2, 3].

Так, первый отечественный завод по производству СПГ был запущен в 2009 г. на юге о. Сахалин. Он состоит из двух технологических линий производительностью 4,8 млн т СПГ в год каждая (рис. 2).

С вводом в эксплуатацию новых российских заводов СПГ не только расширится география поставок отечественного газа за рубеж, но также может существенно увеличиться рынок внутренних потребителей, поскольку планируемые к строительству заводы СПГ расположены непосредственно на территориях, отнесенных к регионам северного завоза [4].

Рис. 1. Схема расположения заводов СПГ в России: 1 - Балтийский проект завода (Усть-Луга); 2 - Ямальский проект завода СПГ; 3 - Штокмановский проект завода СПГ; 4 - завод СПГ на о. Сахалин

т

'"ооии»«^

Северный завоз - это комплекс ежегодных государственных мероприятий по обеспечению территорий Крайнего Севера, Сибири, Дальнего Востока и европейской части России основными, жизненно важными товарами (прежде всего, продовольствие и нефтепродукты) в преддверие зимнего сезона. К данным территориям относится около 60 % площади России. Северный завоз в той или иной степени обеспечивает 21 субъект Российской Федерации. На этих территориях живет около 20 млн человек, располагается третья часть мировых запасов никеля, десятая часть меди и кобальта. Здесь находится большинство российских месторождений алмазов, золота, почти половина деловой древесины, около 80 % запасов нефти, практически весь природный газ с учетом месторождений на шельфе морей, прилегающих к побережью.

В связи с этим при строительстве заводов СПГ на континентальных шельфах Ямала, Баренцева моря и Дальнего Востока, по мнению авторов, появляется реальная возможность заменить традиционные дорогостоящие энергоносители, доставляемые с большой земли, и решить проблемы автономного энергоснабжения удаленных регионов России - Крайнего Севера, Карелии, Дальнего Востока, Камчатки, Хабаровского края и др. Суть предлагаемой технологии подразумевает доставку сжиженного природного газа от строящихся заводов СПГ к прибрежным поселкам и удаленным населенным пунктам с использованием при этом самых различных видов местного транспорта - малые морские и речные каботажные танкеры или специальные дорожные трейлеры и контейнеровозы.

По оценкам отечественных специалистов, кроме территорий, охваченных северным завозом, около 50 % населенных пунктов, расположенных в центральных районах России и нуждающихся в газификации, экономически целесообразно обеспечивать газовым топливом в виде СПГ. В первую очередь это касается населенных пунктов, расположенных на значительных расстояниях от магистральных газопроводов или вне зоны действия

газораспределительных станций. При расстоянии от магистрального газопровода до потребителя более 40 км приведенные затраты на газоснабжение таких объектов с помощью СПГ оказываются ниже, чем для сетевого газа. По расчетам ОАО «Корпорация «Компомаш», средние приведенные затраты, связанные с созданием инфраструктуры газоснабжения, на 1 км составляют: для сетевого газа (трубопроводный вариант) - 20 тыс., а для технологий СПГ - 1,85 тыс. долл. США. Причем преимущества СПГ нарастают с уменьшением мощности потребителя и увеличением удаленности от источника газа.

ОАО «Газпром» совместно с Министерством топлива и энергетики РФ и Росавиакосмосом разработало Концепцию освоения сжиженного природного газа в качестве энергоносителя в отраслях хозяйства Российской Федерации для определения основных направлений работ по СПГ. В ближайшем будущем в России СПГ предполагается широко использовать для коммунального газоснабжения населенных пунктов, в качестве котельного топлива на предприятиях топливно-энергетического комплекса (ТЭК), для создания систем резервирования газа, в качестве моторного топлива для различных видов транспорта и др.

Заглубленные изотермические хранилища

Широкое использование СПГ, как универсального энергоносителя, требует решения ряда специфических задач, наиболее важной из которых является разработка эффективных способов хранения сжижения природного газа, позволяющих создать инфраструктуру производства и применения СПГ с учетом особенностей России.

Необходимо отметить, что создание стационарных хранилищ СПГ является новой отраслью в российской промышленности и строительстве. До настоящего времени в России имеется только незначительный опыт хранения СПГ в специальных наземных резервуарах с экранно-вакуумной тепловой изоляцией, выполненных на основе

транспортных криогенных емкостей (рис. 3). Однако проведенные авторами патентные исследования изобретательской деятельности более 90 ведущих зарубежных компаний с 1970 по 2011 гг. в данной области техники показали, что применение экранно-вакуумной теплоизоляции для стационарных хранилищ СПГ технологически и экономически не целесообразно [5].

При проведении патентных исследований выявлено, что из 620 заявок на изобретения по теме стационарные хранилища СПГ экранно-вакуумная теплоизоляция применялась лишь в 19 заявках. Это составляет только 3 % от общего количества поданных заявок на предполагаемые изобретения за более чем 40 лет изобретательской деятельности во всем мире по данной теме.

В связи с этим можно смело утверждать, что мировой опыт проектирования и создания стационарных хранилищ СПГ показывает неэффективность применения экранно-вакуумной теплоизоляции при строительстве хранилищ СПГ. Поэтому существующий в России опыт традиционной криогенной науки (производство и хранение жидкого азота, кислорода и водорода) не может обеспечить создание современных и дешевых отечественных стационарных хранилищ СПГ.

Много вопросов вызывает также и наземное расположение резервуаров для хранения СПГ. В наземных резервуарах большая концентрация СПГ, являющегося веществом с повышенной пожаровзрывоопасностью, на относительно небольших площадях хранилищ обусловливает серьезную проблему обеспечения пожарной безопасности такого рода объектов. Все это создает значительные сложности при обеспечении пожарной безопасности наземных хранилищ СПГ при аварийных разливах (разгерметизация) и размещении их вблизи населенных пунктов и объектов другого функционального назначения.

Так, еще в 1988 г. были введены в действие ведомственные нормы технологического проектирования установок по производству и хранению сжиженного природного газа, изотермических хранилищ и газозаправочных станций (ВНТП 51-1-88). Согласно данным нормам при строительстве изотермических хранилищ с общим объемом хранения СПГ до 6 тыс. м3 могут быть использованы только заглубленные резервуары. А при объеме хранения СПГ менее 1 тыс. м3 использование заглубленных резервуаров позволяет сократить расстояния от комплексов СПГ до других промышленных объектов, жилых и общественных зданий в 1,5-2 раза, что имеет существенное значение при создании инфраструктуры хранения СПГ в городах и населенных пунктах Российской Федерации.

Немаловажным аспектом, обосновывающим перспективность создания заглубленных хранилищ СПГ, является

экономическая компонента. Так, исследования скандинавских ученых доказали, что заглубленные хранилища углеводородов объемом свыше 40 тыс. м3 являются экономически более выгодными и безопасными по сравнению с наземными. Технико-экономические расчеты показывают, что при сооружении заглубленных хранилищ по сравнению с наземными расход листовой стали сокращается до 20-25 кг на 1 т хранимого продукта, стоимость строительства снижается в 1,5-3,5 раза, эксплуатационные расходы - в 2-5 раз.

В связи с этим строительство заглубленных изотермических хранилищ ввиду более высоких характеристик экономичности, пожаро- и взрывобезопасности является наиболее перспективным направлением создания современных хранилищ СПГ, особенно для хранения небольших объемов в целях перевода систем автономной энергетики и транспорта на сжиженный природный газ как альтернативное топливо. В этих случаях предъявляются более жесткие требования к противопожарному нормированию при размещении хранилищ по отношению к населенным пунктам и промышленным объектам. Заглубленные хранилища СПГ исключают

Рис. 4. Монтаж заглубленных резервуаров СПГ

т

'"ооии»«^

крупномасштабный разлив продукта и поэтому с точки зрения безопасности являются оптимальными.

Кроме этого, заглубленные хранилища позволяют в оптимальных условиях сохранить большие объемы СПГ, не расходуя дополнительно полезную площадь на размещение резервуаров. Конструкция таких резервуара с люком в верхней части позволяет обеспечить простой и удобный доступ к хранилищу сжиженного природного газа и практически исключает возможность серьезного повреждения хранилища и разлива продукта при всех, предусмотренных технологией, режимах эксплуатации. Большинство развитых стран мира идет по пути создания подземных хранилищ СПГ. Монтаж заглубленных горизонтальных резервуаров СПГ при строительстве современной заправочной станции сжиженного природного газа для автомобильного транспорта в одном из штатов США представлен на рис. 4.

Методика расчета сметной стоимости строительства заглубленных хранилищ СПГ

Поскольку заглубленные хранилища СПГ являются сложными и уникальными инженерно-строительными конструкциями, а опыта строительства данных хранилищ СПГ в России нет, возникает необходимость разработки методики для расчета сметной стоимости строительства заглубленных хранилищ СПГ.

В существующей практике под сметной стоимостью строительства понимаются денежные средства на создание строительной продукции, сумма которых определяется на основе проектных материалов. Расчеты стоимости строительства выполняются путем составления специальных документов - смет. Базовой основой расчета сметной стоимости является Система ценообразования и сметного нормирования в строительстве. Расчеты выполняются по установленным типовым формам сметной документации, которые называются сметными расчетами (при определении стоимости продукции на предпроектной стадии) и сметами (при использовании рабочей документации или рабочих чертежей).

Все затраты, связанные с созданием строительной продукции и предусматриваемые в сметах/сметных расчетах, группируются в соответствии с технологическим составом капитальных вложений.

В общем случае сметная стоимость любого предприятия или объекта может быть представлена как сумма стоимости строительно-монтажных работ Ссм , оборудования, инструмента, мебели и инвентаря Собор , прочих работ и затрат С :

~ пр

С, = С + С + С, + С .

общ стр мон обор пр

Распределение сметной стоимости строительства по группам с указанием их удельного веса в общей стоимости образует структуру сметной стоимости строительства. Последняя соответствует технологической структуре капитальных вложений.

Сметная стоимость строительно-монтажных работ Ссм по своему экономическому содержанию делится на прямые затраты ПЗ, накладные расходы НР и сметную прибыль (плановые накопления) СП:

С = ПЗ + НР + СП.

см

Прямые затраты непосредственно связаны с выполнением строительных и монтажных работ, физический объем которых определяется по проекту, а затраты - по сметным нормам и ценам. Они изменяются прямо пропорционально объему работ.

В состав сметных прямых затрат входят:

• стоимость материалов, полуфабрикатов, деталей и конструкций (далее именуются «материалы»), используемых для строительства объектов, Смат ;

• расходы на оплату труда рабочих, занятых в строительных и монтажных работах, С от ;

• стоимость эксплуатации строительных машин и механизмов (далее именуются «строительные машины»), участвующих в производстве строительных и монтажных работ, Сэмм .

Таким образом,

ПЗ = С + С + С .

мат рот эмм

Накладные (косвенные) расходы, в отличие от прямых затрат, связаны с обеспечением общих условий производства строительных и монтажных работ, а также деятельности подрядных организаций. Они учитывают расходы на обслуживание работников строительства, организацию работ на строительных площадках, административно-хозяйственные и прочие накладные расходы.

Прочие накладные расходы учитывают износ по нематериальным активам, платежи по обязательному страхованию имущества строительной организации и отдельных категорий работников, по кредитам банков в пределах норм, установленных законодательством, расходы на рекламу. Среднеотраслевые укрупненные нормы накладных расходов (в % от фонда оплаты труда рабочих) рекомендованы в Методических указания по определению величины накладных расходов в строительстве (МДС 81-33.2004).

На базе вышеуказанных методологических основ формирования сметной стоимости строительства авторами разработана методика расчета сметной стоимости строительства подземных хранилищ СПГ (рис. 5).

На основе предложенной методики была рассчитана сметная стоимость строительства подземных хранилищ вместимостью от 1,2 до 48 тыс. м3, расположенных на глубинах от 3 до 15 м от уровня земли.

Рис. 5. Блок-схема методики

Применение разработанной авторами методики для расчета сметной стоимости строительства заглубленных хранилищ СПГ позволило получить ряд новых результатов, обладающих мировой новизной. Так, на основе расчета сметной стоимости более 30 заглубленных хранилищ СПГ авторами определено примерное соотношение стоимостей основных видов работ и строительно-монтажных работ. Основные соотношения представлены ниже. Стоимость подготовительных работ С = (0,015.. .0,02) С ,

пр смр

где Ссм - стоимость строительно-монтажных работ. Стоимость земляных работ С = (0,045.0,05) С .

зр у ' ' ' смр

Стоимость устройства форшахты и конструкции «стена в грунте»

С = (0,185.0,19) С .

фш+ст смр

Стоимость устройства основания и фундамента хранилища

С „ = (0,06.0,065) С .

осн+ф смр

Стоимость стеновых конструкций и податливой прослойки

С = (0,256.0,16) С .

ст+под.пр смр

Стоимость возведения конструкций покрытия С = (0,045.0,05) С .

пок смр

Стоимость устройства технологической шахты и системы трубопроводов

С = (0,076.0,08) С .

тш+тр смр

Стоимость устройства теплоизоляции и засыпки С+ = (0,22.0,225) С .

В 70-80-х гг. прошлого века в СССР были проведены достаточно серьезные научно-исследовательские работы по определению перспективности использования СПГ в различных областях народного хозяйства. Однако из-за социально-экономического кризиса в России конца прошлого века исследования по развитию технологий получения и хранения СПГ были практически полностью свернуты, а многие научно-исследовательские и проектно-конс-трукторские организации, работавшие в данной области, прекратили свое существование. Ввиду этого в настоящее время наметилась явная тенденция отставания отечественной науки и промышленности от развитых стран мира в вопросах создания развитой инфраструктуры СПГ. Особенно ярко это проявилось в вопросах создания стационарных систем хранения сжиженного природного газа различного функционального назначения.

Строительство хранилищ СПГ при реализации проекта по строительству завода СПГ на о. Сахалин показало, что в настоящее время российская промышленность не обладает научно-техническим потенциалом для создания стационарных хранилищ СПГ и вынуждена прибегать к услугам зарубежных компаний для решения этих вопросов. В связи с этим научно-исследовательская деятельность специалистов института по разработке технологий и методологических основ расчета строительства заглубленных хранилищ СПГ является актуальной и имеет большое значение для развития отечественной криогенной науки в области СПГ.

Литература

1. Кириллов Н.Г., Лазарев А.Н. Сжиженный природный газ: анализ мирового рынка и перспективы отечественного производства // Газохимия. - 2011. - № 6. - С. 23- 29.

2. Кириллов Н.Г., Лазарев А.Н. Мировой опыт производства и использования сжиженного природного газа как универсального энергоносителя и моторного топлива // Охрана окружающей среды. Атмосфера. - 2011. -№ 1. - С. 26-30.

3. Кириллов Н.Г. Рынок сжиженного газа: российские перспективы // Энергетика и промышленность России. - 2009. - № 1. - С. 31.

4. Кириллов Н.Г., Лазарев А.Н. Сжиженный природный газ шельфовых месторождений как альтернатива «северному завозу» традиционных видов топлива // Газовая промышленность. - 2011. - Спецвыпуск (668). - С. 71-76.

5. Кириллов Н.Г., Лазарев А.Н. Анализ мирового уровня в области создания стационарных хранилищ СПГ на основе результатов патентных исследований // Газовая промышленность. - 2011. - Спецвыпуск (668). - С. 55-59.