ПОДЗЕМНОЕ ХРАНИЛИЩЕ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА (ПХ СПГ) Российский патент 2011 года по МПК F17C1/00 B65G5/00 E04B7/14 

Изобретение 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 создавать эффективные конструктивные решения ПХ СПГ увеличенного диаметра. Это позволит повысить емкость хранилищ до больших и сверх больших объемов, и, как следствие, уменьшить себестоимость единицы (1 м³) хранимого в нем СПГ.

Прототипом заявляемого технического решения является «ПХ СПГ» [1] - (Патент РФ на изобретение №2232342 от 10.07.2004 г., МПК 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 при сооружении ПХ СПГ по [1] большого и сверх большого диаметра возникают проблемы создания крыши железобетонного резервуара как при ее возведении (строительстве), так и при засыпке ее сверху теплоизоляционным материалом. Проблему можно решать созданием более выпуклой крыши (увеличением кривизны купола) или же увеличением ее толщины, что ведет к неоправданно высоким стоимостным показателям строительства всего ПХ СПГ. При этом создание внутренней опалубки по всей площади крыши железобетонного резервуара СПГ большого и сверхбольшого диаметра также проблематично и как следствие дорого.

Данные недостатки ставят задачу создания ПХ СПГ большого и сверхбольшого диаметра с облегченной крышей железобетонного резервуара. При этом должны решаться дешевыми (экономными) и известными методами вопросы как ее строительства, так и обеспечение ее прочностных характеристик при засыпке крыши сверху теплоизоляционным материалом и слоем грунта.

Задача создания крыши железобетонного резервуара ПХ СПГ большого и сверхбольшого диаметра решается применением ее поддержки при помощи вант, равномерно натянутых от крыши к железобетонному опорному кольцу, расположенному выше крыши железобетонного резервуара (ее купола). При этом вся конструкция крыши железобетонного резервуара с вантами и железобетонным опорным кольцом находится ниже уровня земли и засыпана слоем теплоизоляционного материала.

Другими словами, указанная задача решается 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, крыша железобетонного резервуара подземного хранилища выполнена с вантами, натянутыми от крыши железобетонного резервуара к опорному железобетонному кольцу, расположенному в бетонной стене типа «стена в грунте» выше крыши железобетонного резервуара и ниже поверхности земли, ванты покрыты антикоррозионным покрытием и засыпаны слоем легкого теплоизоляционного материала.

При всем вышеизложенном также известны технические решения дополнительного (как и основного) крепления крыши (перекрытия) при помощи вант от расположенного выше опорного кольца (опорных элементов), например, представленные ниже полезные модели и изобретение.

Наземный «вертикальный железобетонный сборный резервуар» [2] - (Патент РФ на полезную модель №53342 от 10.05.2006 г., МПК E17H 7/00), содержащий стену из железобетонных панелей, днище и висячее вантовое покрытие, образованное радиальными металлическими вантами, натянутыми к опорному железобетонному опорному поясу.

«Способ монтажа Байтового покрытия большепролетного здания» [3] - (Патент РФ на изобретение №2029831 от 27.02.1995 г., МПК E04B 7/14), устройства для реализации которого содержат прикрепленное вантами к опорным поясам покрытие (крышу).

«Система крепления котлованов при строительстве подземных сооружений» [4] - (Патент РФ на полезную модель №83080 от 20.05.2009 г., МПК E02D 17/04), содержащая расположенную по периметру сооружения ограждающую конструкцию, выполненную в виде «стены в грунте», капитальное перекрытие (крышу), поддерживаемую от расположенных выше капитального перекрытия временных опорных конструкций (опорного кольца) Байтовыми оттяжками.

Однако такие технические решения [2], [3] и [4] не использованы при создании ПХ СПГ большого и сверх большого диаметра. Кроме того, не известно использование в ПХ СПГ конструктивных решений крыши железобетонного резервуара с вантами и железобетонным опорным кольцом, засыпанными слоем теплоизоляционного материала и находящимися ниже уровня земли.

Введение в формулу изобретения предложенного технического решения признака «крыша железобетонного резервуара подземного хранилища выполнена с вантами, натянутыми от крыши железобетонного резервуара к опорному железобетонному кольцу» необходимо для существенного уменьшения материалоемкости крыши железобетонного резервуара ПХ СПГ и увеличения его прочности и несущей способности, а также упрощения технологии строительства.

Введение в формулу изобретения признака «опорное железобетонное кольцо расположено в бетонной стене типа «стены в грунте» выше крыши железобетонного резервуара и ниже поверхности земли» необходимо для создания опорного элемента крыши железобетонного резервуара ПХ СПГ - опорного железобетонного кольца. Его расположение вытекает из условий оптимального распределения нагрузок от крыши железобетонного резервуара, а также условий исключения передачи теплоты от поверхности грунта к элементам крыши железобетонного резервуара ПХ СПГ. Данный признак также, как и у прототипа, обеспечивает высокую пожаро- и взрывоопасность в результате техногенной деятельности или возможных диверсионных актов.

Введение в формулу изобретения признака «ванты покрыты антикоррозионным покрытием и засыпаны слоем легкого теплоизоляционного материала» необходимо для исключения коррозионного повреждения вант, а также для снижения к минимуму теплопритоков к ПХ СПГ и невыхода «нулевой изотермы» на поверхность грунта.

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 чертеже представлен схематичный разрез ПХ СПГ.

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. От закрепленного на бетонной стене типа «стена в грунте» 2 опорного железобетонного кольца 14 прикреплены поддерживающие крышу железобетонного резервуара 5 ванты 15, которые равномерно распределены по крыше железобетонного резервуара 5 и закреплены в ее арматурном металлическом каркасе (не показан). Опорное железобетонное кольцо 14 расположено выше крыши железобетонного резервуара 5 и ниже поверхности земли 1, ванты 15 покрыты антикоррозионным покрытием и засыпаны слоем легкого теплоизоляционного материала 13.

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 резервуара 3 и промораживания грунта существуют большие теплопритоки из грунта, но с течением времени в процессе дальнейшего заполнения резервуара 5 теплопритоки уменьшаются за счет постоянного понижения температуры вокруг хранилища, и впоследствии замораживание грунта идет постоянно (со снижением теплопритоков к СПГ). Резервуар заполняется на 85-90% его полезного объема. В зависимости от объема резервуара через определенное время в нем устанавливается стационарный процесс теплопроводности, при котором вся конструкция резервуара достигает постоянных отрицательных (криогенных) температур. Внутри резервуара 5 поддерживается постоянная криогенная температура и давление (немного больше атмосферного). Забор СПГ из резервуара 5 производится по трубопроводу (системы криогенных трубопроводов 10) к потребителю. Податливая прослойка 6 выполняет роль компенсатора, снижающего давление грунта на резервуар в стационарном режиме эксплуатации. Через герметические люки 11 и лестницу 12, расположенные в технологической шахте 9, осуществляется доступ в резервуар (при его отогреве и вентиляции воздухом) и проведение возможных осмотров, обслуживание и ремонт.

Технология строительства предложенного ПХ СПГ

Первоначально с поверхности грунта 1 возводится цилиндрическая «стена в грунте» 2. Далее, после выемки грунта на расчетной отметке в цилиндрической «стене в грунте» 2 монтируют (сооружают) опорное железобетонное кольцо 14 с креплениями для вант 15 (не показаны). После чего из цилиндрической «стены в грунте» 2 ниже опорного железобетонного кольца 14 выбирается грунт почти до нижней ее отметки, где грунт 3 дополнительно уплотняют. Поверх уплотненного грунта 3 - основания бетонной стены типа «стена в грунте» 2 засыпают слой 4 теплоизоляционного материала, поверх которого сооружают основание железобетонного резервуара 5 и его стены, производят засыпку (или заливку) податливой прослойки 6. Далее монтируют известным способом подвешенный на вантах 15 арматурный каркас крыши железобетонного резервуара и опалубку. Производят заливку бетоном арматурного каркаса крыши железобетонного резервуара и после ее отвердевания, и снятия опалубки производят последовательно: крепление слоев внутренней теплоизоляции 7 и гидроизоляции 8 железобетонного резервуара, сооружение технологической шахты 9, установку в нее системы трубопроводов 10, герметичных люков 11, лестницы 12, производят засыпку слоем легкого и дешевого теплоизоляционного материала 13.

Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения заключается в том, что по сравнению с прототипом предложенное ПХ СПГ позволяет создавать конструктивные решения ПХ СПГ увеличенного диаметра, что позволит увеличить емкость хранилищ, и, как следствие, уменьшить себестоимость единицы хранимого в нем СПГ.

Кроме этого, предложенное техническое решение, также как и прототип, обладает высокой степенью пожаро- и взрывобезопасности как в эксплуатационных условиях, так и при авариях и различных техногенных воздействиях, а также обладает экологической безопасностью при длительных сроках хранения СПГ и эксплуатации хранилища (что обуславливает постоянно снижающиеся потери СПГ от испарения). Предложенное конструктивное решение имеет широкие возможности размещения на территории России в разнообразных грунтовых условиях и обладает большим диапазоном объема хранения СПГ. Повышение безопасности, надежности и долговечности достигается расположением резервуара на глубину, обеспечивающую защиту резервуара от возможного разрушения в результате техногенной деятельности или диверсионных актов, а также предотвращением пучения грунта над резервуаром.

Источники информации

1. Патент РФ на изобретение №2232342 от 10.07.2004 г., МПК F17/C 1/00, B65G 5/00, «ПХ СПГ» - прототип.

2. Патент РФ на полезную модель №53342 от 10.05.2006 г., МПК E17H 7/00, «Вертикальный железобетонный сборный резервуар».

3. Патент РФ на изобретение №2029831 от 27.02.1995 г., МПК E04B 7/14, «Способ монтажа Байтового покрытия большепролетного здания».

4. Патент РФ на полезную модель №83080 от 20.05.2009 г., МПК E02D 17/04, «Система крепления котлованов при строительстве подземных сооружений».

Хранилище расположено ниже уровня земли (1) на отметке, предотвращающей промерзание поверхности земли при самом длительном расчетном хранении газа. Хранилище 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 боковой поверхности окружен податливой прослойкой (6) и изнутри покрыт слоями теплоизоляции (7) и гидроизоляции (8). Хранилище снабжено выходящей из железобетонного резервуара на поверхность земли технологической шахтой (9). На бетонной стене типа «стена в грунте» выше крыши железобетонного резервуара ниже поверхности земли закреплено опорное железобетонное кольцо (14), на котором прикреплены поддерживающие крышу железобетонного резервуара покрытые антикоррозийным материалом ванты (15). Верх крыши железобетонного резервуара, ванты и опорное железобетонное кольцо до поверхности грунта засыпаны слоем легкого теплоизоляционного материала. Обеспечивается возможность строительства хранилищ увеличенной емкости. 1 ил.

Подземное хранилище сжиженного природного газа, расположенное ниже уровня земли на отметке, предотвращающей промерзание поверхности земли при самом длительном расчетном хранении сжиженного природного газа, 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 сжиженного природного газа, снабженный расположенными в технологической шахте трубопроводами для наполнения-выдачи сжиженного природного газа и его паров, причем выходящая из железобетонного резервуара на поверхность земли технологическая шахта снабжена герметическими люками и лестницей, а верх бетонного резервуара засыпан слоем легкого теплоизоляционного материала, отличающееся тем, что крыша железобетонного резервуара подземного хранилища выполнена с вантами натянутыми от крыши железобетонного резервуара к опорному железобетонному кольцу, расположенному в бетонной стене типа «стена в грунте» выше крыши железобетонного резервуара и ниже поверхности земли, ванты покрыты антикоррозионным покрытием и засыпаны до поверхности земли слоем легкого теплоизоляционного материала.