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

Предложение 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 упростить конструкцию ПХ СПГ и технологию его строительства со снижением при этом трудоемкости и трудозатрат.
Прототипом заявляемого технического решения является «ПХ СПГ» по патенту РФ №2232342 от 10.07.2004 г., МПК F17C 1/00, B65G 5/00 - [1]. ПХ СПГ расположено ниже уровня земли на отметке, предотвращающей промерзание поверхности земли при самом длительном расчетном хранении СПГ. Ограждено по периметру от массива грунта бетонной стеной типа «стена в грунте». Содержит расположенный на основании из уплотненного грунта и теплоизоляционной прослойки железобетонный резервуар, который по наружной боковой поверхности окружен податливой прослойкой и изнутри покрыт слоями теплоизоляции и гидроизоляции от СПГ. Снабжено выходящей из железобетонного резервуара на поверхность земли технологической шахтой с трубопроводами, герметическими люками и лестницей. Верх бетонного резервуара засыпан слоем легкого 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 невозможна;
- 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 требуемого качества железобетона в нижней зоне боковых стен между двумя опалубками;
- сложность крепления на месте строительства по всей внутренней поверхности железобетонного резервуара теплоизоляции и гидроизоляции от СПГ, что снижает качество строительства.
Указанные недостатки частично решаются в «ПХ СПГ» по патенту РФ №2418728 от 20.05.2011 г., МПК F17C 1/00, B65G 5/00 - [2]. ПХ СПГ расположено ниже уровня земли на отметке, предотвращающей промерзание поверхности земли при самом длительном расчетном хранении СПГ. Ограждено по периметру от массива грунта бетонной стеной типа «стена в грунте». Содержит расположенный на основании из уплотненного грунта и теплоизоляционной прослойки железобетонный резервуар, который по наружной боковой поверхности окружен податливой прослойкой и изнутри покрыт слоями теплоизоляции и гидроизоляции от СПГ. Снабжено выходящей из железобетонного резервуара на поверхность земли технологической шахтой с трубопроводами, 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 к другу поверхностями и скрепляемых между собой снаружи резервуара стяжными резьбовыми соединениями через уплотнительные прокладки.
Применение железобетонных блоков вафельной конструкции с сопрягаемыми друг к другу поверхностями и скрепляемых между собой снаружи резервуара стяжными резьбовыми соединениями через уплотнительные прокладки в некоторых случаях не всегда приемлемо и, в свою очередь, требует дополнительных затрат по затяжке резьбовых соединений и особенно по обеспечению герметичности уплотнительных прокладок. Особенно проблематичен контроль герметичности уплотнительных прокладок (практически невозможен) при эксплуатации ПХ СПГ, что и является основным недостатком аналога [2].
Также известен «Способ изготовления и монтажа стен сборно-монолитного резервуара» [3] - патент РФ №2250973 от 27.04.2005 г., МПК Е04Н 7/20, по которому формование сборных элементов, имеющих на вертикальных торцах полуцилиндрические выемки, установку их в проектное положение, укладку в образовавшиеся цилиндрические отверстия арматурных стержней, которые стягиваются в торцах стены, заливку цилиндрических отверстий на стыках мелкозернистой бетонной смесью, далее производится формование мелкоштучных бетонных блоков, дополнительно имеющих на горизонтальных торцах полуцилиндрические выемки, укладка блоков осуществляется горизонтальными рядами на дно резервуара, для заполнения стыков используется цементно-песчаный водонепроницаемый расширяющийся бетон, укладка бетонной смеси производится при помощи бетононасоса через 4-5 рядов кладки, после бетонирования на вертикальную арматуру надевают ограничители вертикальных деформаций и снимают их перед укладкой последующих рядов.
Недостатком способа [3] является то, что он в известном виде применим только для прямоугольных (в плане) резервуаров, а его применение для цилиндрических резервуаров затруднительно ввиду трудности стягивания арматурных стержней в полуцилиндрической выемке по цилиндрической стене резервуара. Так из-за применения по периметру сборных (однотипных) элементов выемок полуцилиндрического сечения и, следовательно, по всей длине окружности цилиндрической стены резервуара полуцилиндрической выемки стяжная горизонтальная арматура (кольцеобразный арматурный стержень) при стягивании будет перемещаться к центру окружности резервуара, подымаясь вверх по полуцилиндрическим выемкам к верхним торцам однотипных элементов, то есть съезжать. И этим не будет обеспечена надежная стяжка горизонтальной арматуры.
Недостатки аналогов и прототипа ставят задачи: обеспечения надежной стяжки однотипных элементов постоянной кривизны в виде сплошных железобетонных блоков постоянного сечения с сопрягаемыми друг к другу поверхностями; упрощения технологии строительства боковых стен железобетонного резервуара; повышения качества строительства и надежности эксплуатации ПХ СПГ.
Указанные задачи решаются 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, - вертикальная стенка железобетонного резервуара выполнена из однотипных элементов постоянной кривизны в виде сплошных железобетонных блоков постоянного сечения с сопрягаемыми друг к другу поверхностями, по периметру торцевых поверхностей железобетонных блоков и их центру выполнены выемки прямоугольного сечения с установленной в них стяжной вертикальной и горизонтальной арматурой (вертикальными и горизонтальными стяжными арматурными стержнями).
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 фиг.1 представлен вид ПХ СПГ. На фиг.2 - его железобетонный резервуар из сплошных железобетонных боков постоянного сечения. На фиг.3 - разрез А-А по фиг.2. На фиг.4 - выноска I по фиг.2. На фиг.5 - выноска II по фиг.3.
ПХ СНГ 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. Вертикальная стенка железобетонного резервуара 5 выполнена из однотипных элементов постоянной кривизны в виде сплошных железобетонных блоков 14 постоянного сечения с сопрягаемыми друг к другу поверхностями 15. По периметру торцевых поверхностей 15 железобетонных блоков 14 и их центру выполнены выемки 16 прямоугольного сечения с установленной в них стяжной горизонтальной 17 и вертикальной 18 арматурой (вертикальными 17 и горизонтальными 18 стяжными арматурными стержнями). Теплоизоляционный и гидроизоляционный слои на внутренней поверхности однотипных элементов 14 могут быть выполнены в заводских условиях, что, несомненно, повысит их качество. При этом соединение этих теплоизоляционных и гидроизоляционных слоев между собой производится на строительной площадке, а это значительно сократит сроки сооружения ПХ СПГ по сравнению с сооружением устройства-прототипа.
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 засыпают слой 4 теплоизоляционного материала, поверх которого сооружают основание железобетонного резервуара 5. После чего из железобетонных блоков 14 постоянного сечения с сопрягаемыми поверхностями 15 собирают вертикальную стену цилиндрического железобетонного резервуара 5. При этом между блоками 14 в выемках 16 укладывают горизонтальную 17 и вертикальную 18 арматуру, которой перед заливкой бетона известными способами стягивают и закрепляют блоки 14. Так, например, могут быть применены сварка арматуры после ее предварительной стяжки, резьбовые соединения или другие способы стяжки и закрепления арматуры. Для соединения горизонтальной арматуры на ее торцах может быть нарезана внешняя, соответственно левая и правая резьба, а для стягивания резьбовых торцов арматуры применена внешняя трубчатая втулка с внутренними ответными резьбами в своих торцах.
При этом уложенная в выемки 16 прямоугольного сечения горизонтальная арматура 17 при стягивании (стяжке) будет равномерно нагружать по всем слоям окружности стену железобетонного резервуара 5 и тем самим обеспечит его прочность и улучшенное качество. Так устанавливают один-два (по вертикали) ряда блоков 14 и далее в их соединенные смежные выемки 16 прямоугольного сечения, уже образующие прямоугольные каналы, сверху заливают гидроизоляционный бетонный раствор. Впоследствии отвердевший гидроизоляционный бетонный раствор одновременно скрепляет однотипные железобетонные блоки 14 между собой и надежно гидроизолирует стыковочные смежные поверхности 15 между ними. Далее еще устанавливают один-два ряда блоков 14 и производят очередную заливку -операции повторяют до полного возведения цилиндрической вертикальной стены железобетонного резервуара.
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 извне. 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). Через герметические люки 11 и лестницу 12, расположенные в технологической шахте 9, может осуществляться доступ в железобетонный резервуар 5 (при его отогреве и вентиляции воздухом) при проведении осмотров, обслуживании и ремонтов.
Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения заключается в том, что по сравнению с прототипом предложенное ПХ СПГ позволяет:
- обеспечить возможность стяжки горизонтальной арматурой по окружности однотипных элементов железобетонного резервуара;
- исключить применение в технологии возведения цилиндрической стены железобетонного резервуара двух опалубок для наружной и внутренней ее поверхностей и этим существенно упростить и удешевить строительство ПХ СПГ;
- значительно снизить трудоемкость и трудозатраты по возведению железобетонного резервуара ПХ СПГ;
- упростить технологию крепления на месте строительства ПХ СПГ теплоизоляции и гидроизоляции от СПГ по всей внутренней цилиндрической поверхности железобетонного резервуара, повысив этим качество строительства.
Источники информации:
1. Патент РФ №2232342 от 2004.07.10, МПК F17C 1/00, B65G 5/00, «ПХ СПГ» - прототип.
2. Положительное решение на выдачу патента РФ по заявке на изобретение №2009112930 от 2004.07.10, МПК B65G 5/00, «ПХ СПГ».
3. Патент РФ №2250973 от 27.04.2005 г., МПК Е04Н 7/20, «Способ изготовления и монтажа стен сборно-монолитного резервуара».