Системы снабжения сжиженным углеводородным газом от индивидуальных резерву арных установок

Инженерное оборудование зданий и сооружений

УДК 696.2

СИСТЕМЫ СНАБЖЕНИЯ СЖИЖЕННЫМ УГЛЕВОДОРОДНЫМ ГАЗОМ ОТ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРНЫХ УСТАНОВОК

Б.Н. Курицын, Н.Н. Осипова, Л.В. Смирнова

SYSTEMS OF LIQUEFIED HYDROCARBON GAS SUPPLY FROM INDIVIDUAL RESERVOIRS

B.N. Kuritsin, N.N. Osipova, L.V. Smirnova

В статье приводятся результаты технико-экономических исследований снабжения потребителей сжиженным углеводородным газом от индивидуальных резерву-арных установок на базе подземных вертикальных резервуаров. Предлагаются к применению новая технология строительно-монтажных работ, оптимальный типо-ряд подземных вертикальных резервуаров и рекомендации по выбору технических характеристик подземных вертикальных резервуаров сжиженного углеводородного газа в зависимости от характеристики объекта газоснабжения.

Ключевые слова: резервуарная установка, новая технология монтажа, оптимальный типоряд, годовое газопотребление, остаточный уровень заполнения сжиженным газом.

The article introduces the results of technical and economic researches on supplying consumers with liquefied hydrocarbon gas from individual reservoirs plants based on the vertical underground reservoirs. Also the article discusses the application of a new technology of assembly and construction works, optimum number of the vertical underground reservoirs of liquefied hydrocarbon gas and recommendations on choice of their technical characteristics depending on the characteristic of the gas supply object.

Keywords: reservoir plant, new assembly technology, optimum range number, annual gas consumption, residual level of filling with liquefied gas.

В настоящее время на территории Российской Федерации имеется значительное количество регионов и областей, не имеющих природного сетевого газа: Алтайский и Красноярский края, Читинская, Амурская и Омская области, республики Карелия и Бурятия и т.д. В значительной степени сложившаяся ситуация обусловлена удаленностью этих регионов от газовых месторождений и магистральных газопроводов, отсутствием крупных промышленных центров и малой плотностью населения. Аналогичная ситуация сохраняется и на обозримую перспективу. Отсутствие сетевого газа и невозможность прокладки магистральных газопроводов в перспективе, предопределяют широкое развитие в этих регионах альтернативных сервисных источников топливно-энергетических ресурсов на базе сжиженного углеводородного газа (СУГ). Применение сжиженного углеводородного газа в качестве энергоносителя для технологических установок, а также бытовых и хозяйственных нужд, в полной мере отвечает социальным, эколо-

гическим и санитарно-гигиеническим требованиям потребителей.

В существующей практике снабжения потребителей сжиженным газом широкое распространение получили индивидуальные газобаллонные установки.

Низкая производительность указанных установок в сочетании с небольшим запасом газа у потребителя покрывает потребление газа только на пищеприготовление [1]. В то время как более энергоемкие процессы (горячее водоснабжение и отопление зданий) обеспечиваются за счет использования жидкого и твердого топлива.

Повышение благосостояния населения и комфортности квартир требует дальнейшего совершенствования инженерной инфраструктуры поселков, более полного обеспечения населения прогрессивными энергоносителями и, в первую очередь, газовым топливом.

В этой связи актуальным направлением развития поселковых систем газоснабжения на базе

Инженерное оборудование зданий и сооружений

СУГ является использование индивидуальных ре-зервуарных установок сжиженного газа [2].

Эффективность и надежность систем снабжения сжиженным газом от индивидуальных резер-вуарных установок в значительной степени определяется правильным выбором способа установки резервуаров (наземная или подземная). Наземная установка резервуаров по сравнению с подземной имеет следующие основные преимущества:

- меньшие капитальные вложения;

- отсутствие антикоррозийной изоляции и электрохимической защиты;

- удобство обслуживания и ремонта;

- большой срок службы резервуаров.

Однако наземное расположение резервуаров

имеет и ряд существенных недостатков, главными из которых являются:

- повышенная пожаро- и взрывоопасность;

- необходимость в дополнительных площадях за счет увеличения противопожарных разрывов между резервуарами и зданиями (сооружениями);

- сложность эксплуатации в зимних условиях, особенно при наличии газа с высоким содержанием бутановых фракций. Надежная работа резерву-арных установок в этот период требует применения специального оборудования и теплоносителя для регазификации СУГ, сложной автоматики регулирования и безопасности. Это обстоятельство повышает стоимость сооружения и эксплуатации источников снабжения сжиженным газом и экономически оправдано только в крупных системах централизованного газоснабжения.

Наземные резервуары сжиженного газа с естественной регазификацией СУГ за счет теплоты атмосферного воздуха широко используются в США, Англии, Франции, Германии, Японии и других странах. Это в значительной степени объясняется благоприятными климатическими условиями эксплуатации резервуарных установок [3, 4]. В то же время, в большинстве климатических районов России температура холодных суток составляет -30...-35 °С и ниже. При этих температурах наземные резервуарные установки не гарантируют надежное газоснабжение даже при минимальной обеспеченности газопотребления [5]. Поэтому наземные резервуарные установки с естественной регазификацией СУГ могут использоваться только в качестве источника газоснабжения потребителей сезонного характера - объектов сельскохозяйственного производства, летних туристических баз и оздоровительных лагерей, дачных поселков и др.

Применение резервуарных установок с подземным расположением емкостей обеспечивает надежное газоснабжение потребителей во всех климатических зонах страны. Даже при минимальных температурах окружающего грунта (-5-10 °С) резервуары обеспечивают устойчивую подачу газа потребителям при остаточном уровне заполнения 25-50 % [5].

В современной практике снабжения городских и сельских населенных пунктов сжиженным газом используются горизонтальные цилиндрические резервуары объемом 2,5 и 5,0 м3. Сооружение подземных резервуарных установок с горизонтальным размещением емкостей требует выполнения комплекса трудоемких работ и больших капиталовложений. Характерной особенностью традиционной технологии монтажа резервуарных установок является необходимость полной обратной засыпки котлована песчаным грунтом и вывоза в отвал грунта, вынутого из котлована. Наличие песчаного слоя исключает повреждение антикоррозийной изоляции резервуаров в процессе обратной засыпки котлована и предупреждает пучини-стые явления при промерзании грунта. Вместе с тем, высокая стоимость доставки песка в сочетании с большими объемами обратной песчаной засыпки обусловливает значительный перерасход материальных и денежных средств.

Существенное снижение трудовых, материальных и денежных затрат обеспечивает вертикальная установка резервуаров в грунте. Кафедрой ТГС СГТУ разработаны технические решения вертикальных подземных резервуаров сжиженного газа с применением специальной технологии земляных работ с использованием подвижной металлической опалубки [6].

Конструкция опалубки гарантирует необходимый защитный слой вокруг резервуаров толщиной не менее 0,2 м (типовой песчаный слой, применяемый в отечественной и зарубежной практике сооружения свай, сосудов и труб в пучинистых сезоннопромерзающих грунтах). Разработанная технология снижает потребность в песке и исключает вывоз грунта в отвал (см. рисунок).

Схема резервуарной установки сжиженного углеводородного газа с подземным вертикальным резервуаром: 1 - резервуар; 2 - изоляция; 3 - фундамет; 4 - котлован; 5 - ограждение резервуарной установки; 6 - песок; 7 - отсыпка грунта; 8 - отчуждаемая территория; 9 - опалубка

Для оценки сравнительной эффективности применения резервуарных установок с новой технологией строительно-монтажных работ было проведено сравнение двух конкурирующих вариантов. В качестве базового варианта для сравнения принят подземный горизонтальный резервуар РПГ-2,5 (объемом 2,5 м3) с выполнением строи-тельно-монтажных работ по традиционной технологии. В качестве альтернативного варианта - подземный вертикальный резервуар РПВ-2,3 (объемом 2,3 м3) с выполнением строительно-монтажных работ по новой технологии (табл.1).

Анализ табл. 1 показывает, что применение вертикальных подземных резервуаров с учетом новой технологии строительно-монтажных работ обусловливает высокий экономический эффект по сравнению с горизонтальными. При этом обеспечивается:

- сокращение объема земляных работ на

12,3 %;

- экономия отчуждаемой площади на 21,3 %;

- снижение капвложений в резервуар с защитным покрытием на 34,7 %;

- снижение капвложений в засыпку котлована песком на 87,8 % и т. д.

В целях максимальной адаптации предложенных технических решений к конкретным условиям газовой практики сотрудниками кафедры ТГС СГТУ разработан оптимальный типоряд подземных вертикальных резервуаров сжиженного газа, включающий в себя 6 типоразмеров объемом от

1,3 до 4,7 м3 (табл. 2) [7].

Выбор оптимального объема подземного резервуара сжиженного газа Ур и остаточного уровня заполнения резервуара газом перед очередной заправкой ф для конкретного потребителя следует

проводить в зависимости от объема его годового и часового газопотребления [5].

Объем годового (часового) потребления газа жилыми домами зависит от многочисленных факторов, среди которых к определяющим относятся:

- направления использования газа в квартирных условиях (пищеприготовление, горячее водоснабжение, отопление зданий);

- газовое оборудование зданий и режимы его эксплуатации;

Таблица 1

Сравнительная эффективность подземных резервуарных установок сжиженного газа

Технические характеристики и параметры Резервуар РПГ-2,5 Резервуар РПВ-2,3

Геометрические размеры резервуара, м: - длина 3,3 2,1

- диаметр 1,0 1,2

Геометрический объем установки, м3 2,5 2,3

Общая металлоемкость резервуара, кг 910 758

Снижение металлоемкости резервуара, % - 16,7

Расход защитного покрытия, м3 0,32 0,28

Экономия защитного покрытия, % - 12,5

Объем земляных работ по отрывке котлована, м3 32,5 28,5

Уменьшение объема земляных работ, % - 12,3

Объем грунта, вывозимого в отвал, м3 30,5 -

Расход песка средней зернистости для обратной засыпки котлована, м3 32,5 4,0

Снижение расхода песка, % — 87,7

Площадь территории, отчуждаемой под размещение резервуара, м2 16,0 12,6

Экономия отчуждаемой площади, % - 21,3

Протяженность ограждения резервуарной установки, м 11,3 10,4

Снижение длины ограждения, % - 8,0

Капвложения в резервуар с защитным покрытием и фундаментом, тыс. руб. 40,47 35,9

Снижение капвложений в резервуар с защитным покрытием и фундаментом, % - 11,3

Капвложения в засыпку котлована песком, тыс. руб. 56,5 6,84

Снижение капвложений в засыпку песком, % - 87,8

Стоимость отчуждаемой территории, тыс. руб. 3,4 2,68

Снижение стоимости отчуждаемой территории, % _ 21,1

Капвложения в ограждение, тыс. руб. 1,81 1,51

Снижение капвложений в ограждение, % - 16,4

Общие капвложения в резервуарную установку, тыс. руб. 51,9 33,9

Снижение капвложений в резервуарную установку, % - 34,7

Примечание. Стоимостные характеристики приведены в ценах на 1.01.09.

Инженерное оборудование зданий и сооружений

Конструктивные параметры подземных вертикальных резервуаров сжиженного газа

Таблица 2

Наименование параметра Обозначение (марка) резервуара

РПВ-1,3 РПВ-1,7 РПВ-2,3 РПВ-3,0 РПВ-3,8 РПВ^,7

Геометрический объем резервуара м3 1,3 1,7 2,3 3,0 3,8 4,7

Полезный объем резервуара ¥0 при 85 % заполнении, м3 1,1 1,45 1,96 2,55 3,23 4,0

Внутренний диаметр корпуса 4 мм 900 1000 1200 1400 1600 1800

Толщина стенки 8 :

а) корпуса (обечайки), мм 6 6 6 6 8 8

б) днищ, мм 6 6 8 8 10 10

Длина резервуара (по эллиптическим днищам) /, мм 2100 2100 2100 2100 2100 2100

Формфактор резервуара Ф=1/с1 2,33 2,10 1,75 1,50 1,31 1,17

- наличие или отсутствие нагрузки на отопительные нужды, которую определяют: жилая площадь здания; характеристики ограждающих конструкций здания и степень их теплозащиты; климатические условия эксплуатации зданий и пр.

В целях учета влияния указанных факторов на величину годового (часового) газопотребления были проведены соответствующие исследования. В качестве объектов газоснабжения приняты два типа жилых зданий:

- усадебные с жилой площадью ^=81 м2;

- коттеджные с жилой площадью і7=162 м2.

Ограждающие конструкции здания приняты с

повышенным уровнем теплозащиты в соответствии с рекомендациями [8]. В качестве газоиспользующих установок приняты: газовые плиты, газовые проточные водонагреватели, газовые отопительные котлы и газовые отопительные печи.

Эксплуатация газовых отопительных печей предусмотрена в двух вариантах: в условиях периодического натопа; в условиях непрерывного горения.

Влияние климатических условий учитывалось варьированием расчетов по двум климатическим зонам эксплуатации зданий: умеренно-теплая зона (г. Краснодар) и холодная зона (г. Екатеринбург).

К выбору технических характеристик подземных резервуаров сжиженного газа

Таблица 3

Характеристика объекта газоснабжения Максимальный часовой расход газа р-час кг/ч 5тах , Л1/ ^ В том числе на отопление, <§тах, от 5 ^г/ч Годовой расход газа, Ягод, кг/год Рекомендуемый объем резервуара, Г» м3 Рекомендуемый остаточный уровень газа в резервуаре перед очередной заправкой, ф, %

Усадебные здания: газовые плиты 0,7 - 240 1,3 24

Усадебные здания:

плиты и водонагрева- 2,24 - 626 1,3 55

тели

Усадебные здания: газовые плиты и печи 1,31 0,61 1525 55

(котлы) непрерывного 1,17 0,47 726 1,3 28

действия

Усадебные здания: газовые плиты, газовые 5,53 4,83 2013 2,3 54

печи периодического 4,48 3,78 974 1,3 46

действия

Коттеджные здания:

газовые плиты, водона- 3,29 1,05 2625 м 57

греватели и газовые 3,04 0,8 1237 1,7 32

отопительные котлы

Примечание. В числителе холодная климатическая зона; в знаменателе - умеренно-теплая климатическая зона.

Результаты соответствующих расчетов приводятся в табл. 3.

Как видно из табл. 3, оптимальный геометрический объем индивидуальной резервуарной установки изменяется в широких пределах: от 1,3 м3 для усадебных зданий, оборудованных газовыми плитами и водонагревателями (при эксплуатации в любой климатической зоне), до 3,0 для коттеджных зданий, оборудованных газовыми плитами, водонагревателями и отопительными котлами (при эксплуатации в холодной климатической зоне), а также для усадебных зданий, оборудованных газовыми плитами и отопительными печами периодического действия (при эксплуатации в холодной климатической зоне).

В равной степени указанное обстоятельство относится и к остаточному уровню заполнения резервуара сжиженным газом, который меняется в указанных условиях от 24 до 57 %.

Внедрение рекомендаций по выбору оптимального типоразмера резервуарной установки и ее эксплуатационных параметров повышает экономичность источников децентрализованного газоснабжения, способствует совершенствованию проектной и эксплуатационной практики газификации потребителей сжиженным газом.

Литература

1. Осипова, Н.Н. Децентрализованные системы снабжения сжиженным газом от индивидуальных баллонных установок / Н.Н. Осипова, Б.Н. Курицын, Е.В. Иванова // Строительная инженерия. -2006. - Мб.

2. Сорокина, НИ. Опыт проектирования резервуарных установок сжиженного углеводородного газа (СУГ) / НИ. Сорокина // Газ России. -2008. - С 46-47.

3. Курицын, Б.Н. Системы снабжения сжиженным газом / Б.Н. Курицын. - Саратов: Изд-во СПИ, 1988. - 196 с.

4. Логинов, B.C. Сооружения и объекты снабжения сжиженным газом / B.C. Логинов. -М.: Стройиздат, 1979. - 157 с.

5. Осипова, Н.Н. Децентрализованные системы снабжения сжиженным газом от индивидуальных резервуарных установок / Н.Н. Осипова, Б.Н. Курицын, Е.В. Иванова // Строительная инженерия. - 2006. - № 7-8.

6. Курицын, Б.Н. Разработка технологии обратной засыпки резервуаров сжиженного газа песком в скользящую опалубку / Б.Н. Курицын, А.П. Усачев, О.Б. Шамин // Совершенствование строительных конструкций, архитектурных решений, технологий и организации строительства: межвуз. науч. сб. — Саратов: Сарат гос. техн. ун-т,

1997. - С. 87-91.

7. Курицын, Б.Н. Обоснование оптимального типоряда вертикальных подземных резервуаров сжиженного газа / Б.Н. Курицын, А.П. Усачев, О.Б. Шамин // Актуальные проблемы развития систем теплогазоснабжения и вентиляции: межвуз. науч. сб. — Саратов: Сарат гос. техн. ун-т,

1998. - С. 19-24.

8. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий. -М.: ФГУПЦПП, 2004. - 47 с.

Поступила в редакцию 2 февраля 2009 г.