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. 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»).

Известно подземное хранилище сжиженного природного газа (ПХ СПГ) [1] - (Патент RU 2232342 от 2004.07.10, МПК⁷ 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 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 затруднена;

- 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 проектного качества железобетона в нижней зоне боковых стен между двумя опалубками (уровнями опалубки по высоте);

- 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 от 20.05.2011 г., МПК 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, 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 в процессе эксплуатации и обслуживания ПХ СПГ нет доступа к резьбовым соединениям железобетонных блоков, что существенно снижает эксплуатационную надежность всего сооружения.

Недостатки прототипа ставят задачу повышения эксплуатационной надежности ПХ СПГ, за счет создания возможности доступа к резьбовым соединениям железобетонных блоков при техническом обслуживании и ремонте.

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, 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 снаружи цилиндрического резервуара стяжными резьбовыми соединениями через уплотнительные прокладки, отличается тем, что железобетонный резервуар расположен с кольцевым газовым промежутком от бетонной стены типа «стена в грунте», сверху кольцевой газовый промежуток между верхом железобетонного резервуара и бетонной стеной типа «стена в грунте» закрыт плитой, при этом кольцевой газовый промежуток сверху оборудован дополнительной технологической шахтой, снабженной герметическими люками и лестницей от основания до поверхности земли.

Технический результат предложенного технического решения состоит в повышении эксплуатационной надежности ПХ СПГ.

Введение в формулу изобретения отличительных признаков: «железобетонный резервуар расположен с кольцевым газовым промежутком от бетонной стены типа «стена в грунте» - необходимо для обеспечения доступа к резьбовым соединениям железобетонных блоков ПХ СПГ, для их обследования, обслуживания и возможных плановых и неплановых ремонтов. При этом кольцевой газовый промежуток выполняет роль податливой прослойки, которая была в конструкции прототипа [2].

Введение в формулу изобретения отличительных признаков: «сверху кольцевой газовый промежуток между верхом железобетонного резервуара и бетонной стеной типа «стена в грунте» закрыт плитой» необходимо для предотвращения попадания в кольцевой газовый промежуток (расположенный между железобетонным резервуаром и бетонной стеной типа «стена в грунте») теплоизоляционного материала, которым засыпан верх бетонного резервуара до поверхности земли.

Введение в формулу изобретения отличительных признаков: «кольцевой газовый промежуток сверху оборудован дополнительной технологической шахтой, снабженной герметическими люками и лестницей от основания до поверхности земли» необходимо для обеспечения доступа обслуживающего персонала к газовому промежутку (расположенный между железобетонным резервуаром и бетонной стеной типа «стена в грунте») и, как следствие, далее к резьбовым соединениям железобетонных блоков ПХ СПГ.

На фиг. 1 представлен вид ПХ СПГ. На фиг. 2 - увеличенный вид нижней части ПХ СПГ с железобетонным резервуаром из железобетонных блоков вафельной конструкции (по крайней мере, с одной внешней отбортовкой по всему периметру блока).

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 кольцевым газовым промежутком 6, расположенным между железобетонным резервуаром 5 и бетонной стеной типа «стена в грунте» 2. Железобетонный резервуар 5 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. Кольцевой газовый промежуток 6 сверху закрыт плитой 13, которая может быть сплошной монолитный кольцевой или составной из кольцевых сегментов. Плита 13 может с внутренней стороны опираться на верх железобетонного резервуара 5, а с внешней стороны - на закладные элементы, вмонтированные в «стену в грунте» 2. Верх железобетонного резервуара 5 и плиты 13, закрывающей кольцевой газовый промежуток 6, засыпан слоем легкого и дешевого теплоизоляционного материала 14, в качестве которого могут быть применены отходы от сгорания угля - доменный шлак. Вертикальные стенки железобетонного резервуара выполнены из однотипных элементов 15 постоянной кривизны с сопрягаемыми друг к другу поверхностями 16. При этом однотипные элементы 15 выполнены в виде железобетонных блоков вафельной конструкции 17, скрепляемых между собой внутри цилиндрического резервуара 5 торцевыми наружными отбортовками (полками) 18, стяжными резьбовыми соединениями 19 через уплотнительные прокладки 20. Отбортовки 18 могут быть выполнены как железобетонными, так и из закладных деталей из металла. Уплотнительные прокладки 20 должны работать в широком диапазоне (в том числе и криогенных) температур. ПХ СПГ также снабжено дополнительной технологической шахтой 21 с герметическими люками 22 и лестницей 23. Технологическая шахта 21 опирается на плиту 13 и выходит на поверхность земли 1. Лестница 23 установлена от поверхности теплоизоляционной прослойки 4 до плиты 13 внутри кольцевого газового промежутка, и далее (выше) от плиты 13 внутри дополнительной технологической шахты 21 до поверхности земли 1.

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 - основания «стены в грунте» 2 засыпают слой 4 теплоизоляционного материала, поверх которого сооружают основание железобетонного резервуара 5. После чего из однотипных элементов 15 постоянной кривизны с сопрягаемыми друг к другу поверхностями 16 собирают вертикальную стену цилиндрического железобетонного резервуара 5. При применении в качестве однотипных элементов 14 железобетонных блоков вафельной конструкции 17 (по крайней мере, с одной внутренней отбортовкой 18 по всему периметру блока) их скрепляют между собой снаружи резервуара 5 торцевыми внешними отбуртовками 18, стяжными резьбовыми соединениями 19 через уплотнительные прокладки 20. Монтаж производят по известным технологиям. Время сооружения железобетонного резервуара, как и в прототипе [2], небольшое, 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 из вне. 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).

При отогреве и вентиляции воздухом ПХ СПГ может быть осуществлен в него доступ для проведения осмотров, обслуживании и ремонтов:

- через герметические люки 11 и лестницу 12, расположенные в технологической шахте 9, может осуществляться доступ в железобетонный резервуар 5;

- через герметические люки 22 и лестницу 23, расположенные в дополнительной технологической шахте 21, может осуществляться доступ в кольцевой газовый промежуток 6.

При необходимости обеспечения доступа обслуживающего персонала в железобетонный резервуар и к резьбовым соединениям железобетонных блоков ПХ СПГ для их обследования, обслуживания и возможного ремонта необходимо выполнить следующие операции:

1. Полностью опорожнить подземное хранилище от хранимого в нем СПГ.

2. Произвести отогрев железобетонного резервуара.

3. Произвести вентиляцию железобетонного резервуара и дальнейшее его заполнение воздухом.

4. Произвести вентиляцию кольцевого газового промежутка и дальнейшее его заполнение воздухом.

Далее с соблюдением известных мер безопасности производят доступ в железобетонный резервуар и кольцевой газовый промежуток подготовленного обслуживающего персонала, осуществляют спуск дополнительного лестничного (или альпинистского) оборудования и технологических средств для обследования и ремонта. После проведения необходимых работ и их завершения производят заполнение инертным газом кольцевого промежутка и закрывают герметичные люки дополнительной технологической шахты. Далее известным методом производят захолаживание железобетонного резервуара и заполнение хранилища сжиженным природным газом.

Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения заключается в том, что по сравнению с прототипом предложенное ПХ СПГ позволяет существенно повысить эксплуатационную надежность ПХ СПГ из-за возможности в процессе обслуживания ПХ СПГ обеспечить доступ к резьбовым соединениям железобетонных блоков, для их обследования, обслуживания и возможного ремонта.

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

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