Обеспечение безопасности резервуаров для хранения сжиженного природного газа с учетом негативных эксплуатационных факторов

• Автор: Рахманин, Артем Игоревич
• Шифр специальности: 05.26.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 137 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ КРУПНОТОННАЖНОГО ХРАНЕНИЯ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА
1.1 Анализ конструктивных решений и опыта эксплуатации резервуаров для хранения сжиженного природного газа
1.2 Обзор исследований и анализ нормативной документации по проектированию и строительству изотермических резервуаров
1.3 Постановка задач исследования
Выводы по главе
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ С ЦЕЛЫО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИХ БЕЗАВАРИЙНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ..
2.1 Определение воздействий тепловой изоляции на корпус резервуара
2.2 Напряженное состояние конструктивных элементов резервуара при стратификации и перемещении слоев продукта
2.3 Методические основы предупреждения аварийных ситуаций при разгерметизации трубопроводной обвязки
2.4 Методика комплексной оценки работоспособности изотермического резервуара с учетом негативных факторов эксплуатации
Выводы по главе
ГЛАВА 3. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ ПРИ СЛИВОНАЛИВНЫХ ОПЕРАЦИЯХ
3.1 Разработка математической модели расслоения продукта при наливе в резервуар сжиженного газа
3.2 Выбор технических решений для оптимизации схемы загрузки в резервуар сжиженного газа
3.3 Методика оценки безопасности сливоналивных операций при крупнотоннажном хранении сжиженного природного газа
Выводы по главе

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ НА ПРИМЕРЕ ВЫБОРА КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ В УСЛОВИЯХ АРКТИКИ С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ РИСКА ВОЗМОЖНОГО УЩЕРБА
4.1 Описание конструктивных решений резервуаров для хранения сжиженного газа в арктических условиях и критерии их выбора.
4.2 Сравнительный анализ безотказности резервуаров различных конструкций
4.3 Анализ рисков в случае разгерметизации технологической обвязки резервуара
4.4. Практические рекомендации по выбору оптимальных конструктивных решений изотермического резервуара для безопасной эксплуатации в сложных условиях
Выводы по главе
ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования
В последние десятилетия растет динамика использования сжиженного природного газа (СПГ), что дает возможность решать проблемы газоснабжения удаленных и труднодоступных районов, прокладка трубопроводов в которые технически затруднена или экономически нецелесообразна. В России в настоящее время функционирует завод по сжижению газа на острове Сахалин, сооружается комплекс по сжижению, хранению и отгрузке СПГ в рамках освоения Южно-Тамбейского газового месторождения (проект «Ямал-СПГ»), запроектирован комплекс по освоению Штокмановского газоконденсатного месторождения. В июне 2013 года введен в эксплуатацию крупнейший в СНГ терминал по перевалке сжиженных газов в составе порта Усть-Луга. Неотъемлемой частью высокотехнологичных комплексов по сжижению, выдаче и приему СПГ являются крупногабаритные надземные изотермические резервуары (ИР).
Крупногабаритные резервуары СПГ являются хранилищами больших объемов пожаровзрывоопасного продукта, разгерметизация которых с истечением продукта в атмосферу может привести к катастрофическим последствиям. Вместе с тем, нормативная база и практика проектирования, строительства и эксплуатации таких резервуаров в России, практически отсутствуют. В этой ситуации реализуются зарубежные проекты изотермического хранения, не адаптированные к сложным условиям России, что может привести к проблемам с безопасной эксплуатацией резервуаров СПГ.
Таким образом, при отсутствии отечественной нормативнотехнической документации и опыта строительства крупногабаритных изотермических резервуаров становится актуальной задача обеспечения их безопасности на основе идентификации, формализации негативных факторов изотермического хранения СПГ и их учета в процедуре оценки риска. Решение данной задачи позволит не только прогнозировать техническое

цилиндрического сосуда. Впервые такая задача была решена Янсеном [101] в 1895 году применительно к процессам хранения сыпучих тел в силосах и выведена одноименная формула:
где р - объемный вес грунта, Я - гидравлический радиус ячейки, в которой хранится насыпной материал (для двухоболочечного резервуара равен половине межстенного расстояния); <р5 — угол трения насыпного материала по стенкам; £ - коэффициент бокового давления, представляющий собой отношение горизонтального давления на стенку в какой-либо точке пристенного слоя к вертикальному давлению на горизонтальную площадку; г - расстояние от поверхности слоя.
Однако по результатам экспериментальных исследований фактические давления в слое сыпучего материала существенно превышают рассчитанные по формуле Янсена. Кроме того, многочисленные повторяющиеся разрушения конструкций стен силосов, рассчитанных по формуле Янсена, показывают, что применение формулы в ее оригинальном виде для расчета бокового давления в большинстве случаев не вполне корректно.
Так, для перлитовой засыпки двустенных ИР характерны следующие особенности, не учитываемые формулой Янсена: пристенный слой не находится в состоянии предельного равновесия, коэффициент бокового
давления не равен tg2 (45° - (р5/2}; имеет место перераспределение нагрузок в
сыпучем материале за счет уплотнения грунта массива по высоте и дополнительных осадок массива относительно стен хранилища.
Поэтому боковое давление перлита следует вычислять с учетом зависимости плотности перлита от нагрузки при двухосном сжатии. Компрессионные испытания перлита показали, что функция плотности аппроксимируется выражением [41]: