Результат интеллектуальной деятельности: ПОДЗЕМНОЕ ХРАНИЛИЩЕ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА (ПХ СПГ)

Изобретение относится к подземной системе хранения и резервирования сжиженного природного газа (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 подземного хранилища (ПХ) СПГ и технологию его строительства со снижением при этом трудоемкости и трудозатрат.

Известно подземное хранилище сжиженного природного газа (ПХ СПГ) [1] - (Патент RU 2232342, МПК⁷ F17C 1/00, B65G 5/00 от 2004.07.10), 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 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.

Прототипом заявляемого технического решения является подземное хранилище сжиженного природного газа (ПХ СПГ) [2] - (Патент RU 2418728 С2, МПК⁸ B65G 5/00 от 20.05.2011 г.), 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 при строительстве «стены в грунте» для железобетонного резервуара необходимо увеличивать ее диаметр из-за необходимости соединения рабочими железобетонных блоков вафельной конструкции снаружи железобетонного резервуара. То есть необходимо обеспечить необходимое рабочее пространство для монтажа конструкции, что приводит к увеличению строительных работ и их существенному удорожанию.

Недостатки прототипа ставят задачи уменьшения объема строительных работ, и как следствие снижение трудоемкости, трудозатрат и стоимости строительства.

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, 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, 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 стяжными резьбовыми соединениями через уплотнительные прокладки, при этом отбортовки железобетонных блоков вафельной конструкции находятся с внутренней стороны вертикальной стенки цилиндрического железобетонного резервуара, железобетонные блоки скреплены между собой внутри резервуара через отбортовки железобетонных блоков вафельной конструкции, а выемки вафельных конструкций однотипных железобетонных блоков, образованные отбортовками внутри цилиндрического железобетонного резервуара, заполнены вставками из теплоизоляционного материала.

Технический результат предложенного технического решения состоит в снижении трудоемкости, трудозатрат и стоимости строительства, за счет уменьшения объема строительных работ по возведению «стены в грунте» меньшего диаметра.

Введение в формулу изобретения отличительного признака: «отбортовки железобетонных блоков вафельной конструкции находятся с внутренней стороны вертикальной стенки цилиндрического железобетонного резервуара, железобетонные блоки скреплены между собой внутри резервуара через отбортовки железобетонных блоков вафельной конструкции», необходимо для возведения «стены в грунте» меньшего диаметра и, следовательно, уменьшения объемов выемки грунта при строительстве, а также объема легкого теплоизоляционного материала, которым сверху засыпан железобетонный резервуар.

Введение в формулу изобретения отличительных признаков: «выемки вафельных конструкций однотипных железобетонных блоков, образованные отбортовками внутри цилиндрического железобетонного резервуара, заполнены вставками из теплоизоляционного материала» необходимо, во первых, для создания ровной поверхности внутри цилиндрического железобетонного резервуара под крепление (установку) основного теплоизоляционного слоя; во вторых, для создания дополнительной теплоизоляции из вставок (из теплоизоляционного материала) в выемки вафельных конструкций однотипных железобетонных блоков, что повысит эффективность эксплуатации ПХ СПГ - уменьшит испаряемость СПГ при его хранении.

На фиг. 1. представлен вид ПХ СПГ. На фиг. 2 - железобетонный резервуар ПХ СПГ из железобетонных блоков вафельной конструкции (по крайней мере, с одной внешней отбортовкой по всему периметру блока). На фиг. 3 - разрез А-А по фиг. 2.

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. Вертикальные стенки железобетонного резервуара выполнены из однотипных элементов 14 постоянной кривизны с сопрягаемыми друг к другу поверхностями 15. Однотипные элементы 14 выполнены в виде железобетонных блоков вафельной конструкции 16, скрепляемых между собой внутри цилиндрического резервуара 5 торцевыми наружными отбортовками (полками) 17, стяжными резьбовыми соединениями 18 через уплотнительные прокладки 19. Отбортовки 17 могут быть выполнены как железобетонными, так и из закладных деталей из металла. Уплотнительные прокладки 19 должны работать в широком диапазоне (в том числе и криогенных) температур. Выемки вафельных конструкций однотипных железобетонных блоков 16, образованные отбортовками 17 внутри цилиндрического железобетонного резервуара 5, заполнены вставками 20 из теплоизоляционного материала. Вставки 20 могут быть выполнены в заводских условиях, что, несомненно, повысит их качество, а также скорость их монтажа на месте строительства.

Технология строительства предложенного ПХ СПГ.

Первоначально с поверхности грунта 1 возводится цилиндрическая «стена в грунте» 2 (меньшего, чем в прототипе [2] диаметра), 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 14 постоянной кривизны с сопрягаемыми друг к другу поверхностями 15 собирают вертикальную стену цилиндрического железобетонного резервуара 5. При применении в качестве однотипных элементов 14 железобетонных блоков вафельной конструкции 16 (по крайней мере, с одной внутренней отбортовкой 17 по всему периметру блока), их скрепляют между собой внутри резервуара 5 торцевыми внутренними отбортовками 17, стяжными резьбовыми соединениями 18 через уплотнительные прокладки 19. Монтаж производят по известным технологиям. Время сооружения железобетонного резервуара, как и в прототипе [2], не значительное, 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 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) для проведения осмотров, при обслуживании и ремонтах.

Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения заключается в том, что по сравнению с прототипом предложенное ПХ СПГ позволяет:

- существенно снизить объемы строительных работ при строительстве и, следовательно, уменьшить трудоемкость, трудозатраты и стоимость строительства, так как «стену в грунте» можно выполнить меньшим диаметром, чем у прототипа;

- улучшить теплоизоляционные характеристики хранилища, что приведет к снижению степени испаряемости хранимого сжиженного природного газа.

Полагаем, что предложенное ПХ СПГ обладает всеми критериями изобретения, так как совокупность с 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, МПК⁷ F17C 1/00, B65G 5/00 от 2004.07.10. «Подземное хранилище сжиженного природного газа (ПХ СПГ)».

2. Патент RU 2418728 С2, МПК⁸ B65G 5/00 от 20.05.2011 г. «Подземное хранилище сжиженного природного газа (ПХ СПГ)» - [2] - прототип.