Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Особенности термодинамических процессов при хранении сжиженного природного газа

ВАК РФ 25.00.19, Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ

Автореферат диссертации по теме "Особенности термодинамических процессов при хранении сжиженного природного газа"

На правах рукописи

РАХИМОВ ВАДИМ ОЛЕГОВИЧ

ОСОБЕННОСТИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ХРАНЕНИИ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА

Специальность 25.00.19 - Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

14 КОЯ 2013

Уфа 2013

005538237

005538237

Работа выполнена на кафедре «Транспорт и хранение нефти и газа» в ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Коробков Геннадий Евгеньевич

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Транспорт и хранение нефти и газа» ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Банков Игорь Равильевич

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Промышленная теплоэнергетика» ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Гольянов Андрей Иванович

кандидат технических наук, доцент, главный специалист отдела технологических расчетов ООО «НИИ ТНН» (г. Москва)

Ведущее предприятие: ФГБОУ ВПО «Ухтинский государственный

технический университет» (г. Ухта)

Защита состоится «05» декабря 2013 г. в 16ш на заседании диссертационного совета Д 212.289.04 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан «05» ноября 2013 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

Ямалиев Виль Узбекович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Задача производства сжиженного природного газа (СПГ) приобретает всё большую значимость для России как перспективное направление переработки и транспортирования природного газа. Технологии СПГ могут быть использованы при разработки шельфовых газовых и нефтяных месторождений Крайнего Севера и Дальнего Востока, при утилизации попутного нефтяного газа на промыслах, газификации значительной части малых населённых пунктов. К тому же сегодня уже действует завод на Сахалине, рассматриваются варианты строительства аналогичных заводов на базах Штокмановского месторождения и месторождениях п-ова Ямал. Возможно создание мощностей по производству СПГ в районе г. Владивосток. Отметим, что недавно был подписан договор о поставках СПГ в Индию и заключен Меморандум о взаимопонимании с Нидерландской компанией вазише в области использования СПГ на транспорте. Внутри нашей страны уже действуют опытно-промышленные малотоннажные установки производства СПГ для использования его при газификации объектов. Кроме того, в течение многих лет продолжаются программы по использованию СПГ в качестве моторного топлива на транспорте. Реализация вышеуказанных проектов невозможна без использования различных резервуаров для хранения СПГ.

Сегодня в мире перевозка СПГ осуществляется в основном морским путём. Доля морского транспорта СПГ составляет около 23% от общего объёма поставок газа в мировой торговле и продолжает расти. Обеспечивается это флотом танкеров-метановозов. На сегодняшний день мировой флот таких танкеров насчитывает более 350 судов общей вместимостью порядка 50 млн. м3. Следует отметить, что в настоящее время в мировой практике имеются примеры использования таких судов в качестве хранилищ, расположенных на удалении от береговой линии.

Характерной особенностью современного этапа развития отрасли СПГ является то, что и хранение, и транспорт осуществляются в изотермических ёмкостях. При содержании СПГ в них большое значение имеет тепловой режим

резервуаров, который зависит от внешних тепловых потоков. Ввиду этого особенность проектирования морских терминалов СПГ заключается в необходимости рассмотрения ситуации, когда происходит нарушение герметичности ёмкости с СПГ, с проливом содержимого на воду и с дагьнейшим мгновенным воспламенением испаряющегося газа. Это важно для определения возможных термодинамических режимов береговых резервуаров дш хранения СПГ, в том числе при наличии в них стратифицированной по платности криогенной жидкости, что может привести к резкому самопроизвольному перемешиванию слоев жидкости с интенсивным горообразованием и нарушению нормальной эксплуатации ёмкостей, содержащих СПГ. Данное явление за рубежом получило название «ролловер».

Отметим, что за рубежом отрасль СПГ успешно функционирует с середины 60-х годов XX столетия. Ввиду этого изучение и анализ существующего опыта, накопленного в других странах, а также развитие тучно-теоретических основ расчёта процессов, имеющих место при хранении СПГ, является актуальной проблемой в России.

Цель работы: разработка научно-обоснованных теоретических принципов расчёта термодинамических процессов в экстремальных условиях хранения СПГ.

Для достижения поставленной цели в диссертации ставятся и решаются слгдующие задачи:

1) изучение и анализ зарубежного и отечественного опыта создания сизтем СПГ для его адаптации к применению при проектировании и эксплуатации современных хранилищ СПГ в России;

2) разработка метода расчёта термодинамического режима резервуара для СПГ, позволяющего характеризовать процесс «ролловер» в хранилище;

3) оценка термодинамических особенностей поведения «бассейна» СПГ на водной поверхности и установление физической картины явления быстрого фазового перехода СПГ;

4) разработка метода определения характеристик растекания сжиженного природного газа на водной поверхности и установление зависимости

термодинамического режима резервуара СПГ от воздействия экстремальных факторов.

Научная новизна работы заключается в том, что:

1) доказано, что неполная загрузка резервуара СПГ приводит к увеличению скорости испарения жидкости в ёмкости выше номинального значения 0,05 % об./сут;

2) установлено, что при наличии источника внешнего теплового воздействия вблизи морского терминала СПГ изменяется термодинамический режим резервуаров для хранения СПГ, и сокращается время до момента начала развития процесса «ролловера» от нескольких суток до нескольких часов (например, для резервуара объёмом 100000 м3, от 13 суток до 19 часов);

3) определены научно-обоснованные теоретические принципы, по которым установлены допустимые расстояния для типовых терминалов СПГ не менее 800 м, ограничивающие внешнее тепловое воздействие на береговые объекты от морских хранилищ СПГ при их разгерметизации.

Методы исследований: системный подход при разработке методов расчёта термодинамических характеристик «бассейна» СЦГ на водной поверхности и теплового режима резервуара для СПГ, математическое моделирование, численные методы. Решения задач основаны на положениях гидравлики, термодинамики и теплотехники.

Практическая ценность. Результаты исследований были использованы в ОАО «Ямал СПГ» при проектировании терминалов сжиженного природного газа морского базирования и определении термодинамических режимов резервуаров для хранения сжиженного природного газа и в ООО «СГ-Авто» при проектировании стационарных хранилищ сжиженного газа на автомобильных газозаправочных станциях.

Результаты научной работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО УГНТУ, включены в программу дисциплины «Транспорт и хранение сжиженных газов» при подготовке бакалавров и магистров по направлению 131000 «Нефтегазовое дело».

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63 научно-технических конференциях

студентов, аспирантов и молодых учёных УГНТУ (Уфа, 2005, 2006, 2007, 2008,

2009, 2010, 2011, 2012); V, VI, УП Международных учебно-научно праггических конференциях «Трубопроводный транспорт» (Уфа, 2009, 2010, 2011); П, Ш, IV Межрегиональных семинарах «Рассохинские чтения» (Ухта,

2010, 2011, 2012); П Международной конференции молодых учёных «Актуальные проблемы науки и техники-2010» (Уфа, 2010); Научно-прапической конференции УШ-го Международного молодёжного нефтегазового форума (Алматы, 2011); УП-ой Международной научно-технической конференции «Современные проблемы холодильной техники и технологий» (Одесса, 2011); Консультационно-методическом семинаре «Обеспечение промышленной безопасности при эксплуатации резервуаров и резервуарных парков» (Салават, 2011); ХП-ой Международной научной конференции «Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела» (Уфа, 2012).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 29 печатных работ, в том числе 6 статей в журналах, рекомендуемых ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, изложена на 136 страницах машинописного текста и содержит 36 рисунков, 7 таблиц, список литературы из 152 наименований и приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и основные задачи исследования, отражена научная новизна и практическая ценность работы, дана общая характеристика диссертационной работы.

В первой главе проведен обзор литературных источников и научных трудов, посвященных актуальным проблемам эксплуатации систем хранения и транспортировки СПГ. Впервые собрана и систематизирована информации о нарушении технологических процессов на объектах хранения, транспорта и производства жидкого метана. Показана уязвимость ёмкостного и

транспортного оборудования, работающего с СПГ. На основе литературных источников, опубликованных за рубежом и в России, установлена возможность образования в изотермических резервуарах стратифицированных по плотности слоев жидкости и их самопроизвольное перемешивание с интенсивным парообразованием.

Научными исследованиями по проблемам проектирования и эксплуатации хранилищ СПГ в нашей стране занимались такие учёные как Рачевский Б.С., Сафонов B.C., Иванцов О.М., Двойрис А.Д., Яковлев Е.И, Одишария Г.Э., Поповский Б.В., Майлер А.З., Дешёвых Ю.И. и др., за рубежом: Гермелес А., Мидер Д., Хистенд Д., Ши Дж., Бедус К., Мориссон Д., Бэйтс С. и др. Но большинство работ было выполнено в 70-80-е годы прошлого столетия и в них отсутствует комплексный анализ термодинамических режимов резервуаров для СПГ. Вопросами создания хранилищ на морских терминалах СПГ и их безопасного функционирования занимались такие зарубежные учёные как Шо П., Бриско Ф., Фай Дж., Лукета-Ханлин А., Хайтауэр М., Питбладо Р. и др., а в России такие работы отсутствуют.

*

В 70-е годы ХХ-го столетия советские учёные вели работу по созданию научно-технической и нормативной базы для объектов хранения и транспорта СПГ, но в дальнейшем по объективным причинам эти работы прекратились.

Анализ зарубежного опыта эксплуатации хранилищ СПГ показал, что особенностью работы данных объектов является возможность наличия в них слоёв жидкости с разной температурой, плотностью и компонентным составом. Примером такой ситуации являются поставки СПГ на один терминал от разных производителей. С течением времени плотности разных слоёв в одном резервуаре стремятся к выравниванию и происходит быстрое, близкое к спонтанному, перемешивание слоёв СПГ с интенсивным парообразованием, способным нарушить целостность резервуара. В зависимости от степени повреждения резервуара может происходить его разрушение и истечение из него жидкого метана. Вопросами распространения сжиженных газов по твёрдой поверхности занимались такие учёные как Дешёвых Ю.И., Болодьян

И.А., Молчанов В.П., Шевчук А.П., Симонов O.A., Щебеко Ю.Н., Маршалл В. и др. Но на сегодняшний день в мировой практике прослеживается тенденция строительства морских хранилищ СПГ, например, таких как в Адриатическом море, Мексиканском заливе, у побережья Объединённых Арабских Эмиратов, Аргентины и вблизи Австралии. Вместе с этим возникают задачи с возможным распространением СПГ по водной поверхности и его действием на близлежащие объекты. За рубежом данные вопросы решаются с помощью проведения экспериментов и компьютерного моделирования, а в России таких исследований нет. В некоторых зарубежных опытах было зафиксировано явление мгновенного испарения СПГ при попадании на воду с локальным ростом давления в зоне контакта. Такое явление получило название «быстрый фазовый переход», но до настоящего времени отсутствует чёткая физическая картина данного явления. При этом важной задачей является определение влияния тепловых потоков на хранилище СПГ при возможном возгорании пролива, на изменение его термодинамического режима, в том числе при наличии в нём расслоенного продукта, и определение момента начала процесса «ролловера».

С возникновением в последние годы в России интереса к СПГ возобновление исследований для создания соответствующей инфраструктуры, включающую системы хранения, является стратегически важной задачей для развития топливно-энергетического комплекса страны.

В первой главе проведено обобщение данных литературных источников и сформулированы задачи диссертационной работы.

Во второй главе исследованы некоторые особенности термодинамических процессов, происходящих в резервуарах для хранения СПГ. На сегодняшний день в России недостаточно опыта работы с объектами СПГ, соответственно, отсутствует нормативно-техническая документация для этих объектов, в том числе методические руководства расчёта таких процессов, как «ролловер». Ввиду этого, были разработаны методические основы расчёта по определению момента наступления «ролловера» в резервуаре для СПГ с

неоднородной жидкостью. Это важно ввиду того, что отрезок времени от момента заполнения резервуара до «ролловера» является периодом для принятия решений по предотвращению самопроизвольного перемешивания слоев жидкости. Данная методика учитывает конструкционные особенности резервуаров, физико-химические свойства СПГ, подвод теплоты из окружающей среды и теплообмен между стратифицированными слоями.

При разработке методики было принято, что в резервуаре находятся два неоднородных слоя СПГ, и в её основу были положены уравнения теплового баланса для каждого слоя, которые представлены в следующем виде:

- для верхнего слоя (индекс 2):

Чж2 • ?ж2 + Чгг • рг2 + 412 • РДн = ш2 • Ну + Срг • ш2 • СГг ~ Тж2);

- для нижнего слоя (индекс 1):

Чж1' Рж1 + 412 • Ид,, + ЯдН • Рда = Срж1 • Мх • ДТж1; где Яж, Яг — плотность теплового потока через ограждающие конструкции стен и крышу резервуара, контактирующие, соответственно, с жидкостью и газом, Вт/м2;

Ядн - плотность теплового потока через дншце, Вт/м ;

Я12 - перенос тепла между слоями со средними температурами ТЧ и Тг,

Вт/м2;

Рж, Рг - площадь поверхности стен и крыши, находящейся в контакте с жидкостью и газом, соответственно, м2; РДн - площадь днища, м2;

шг - количество жидкости, испаряющейся в резервуаре в единицу времени в результате теплопритока из окружающей среды, кг/с; Ну - скрытая теплота парообразования СПГ, Дж/кг;

Срг, СрЖ1 - изобарная теплоёмкость паров и жидкого СПГ, соответственно, Дж/(кг-К);

Тг - температура газа на выходе из резервуара, К; Тж2 - температура СПГ в верхнем слое, К; М1 - масса СПГ в нижнем слое, кг;

ЛТж1 - изменение температуры СПГ в нижнем слое, К.

С использованием данной методики было установлено, что при уменьшении уровня взлива в резервуаре увеличивается скорость испарения СПГ (рисунок 1). Но при увеличении геометрических размеров и, соответственно, вместимости резервуаров, при тех же уровнях взлива, скорость испарения оказывается меньше. На рисунке 1 показано изменение скорости испарения для двух стандартных резервуаров. Снижение скорости испарения ниже нормального уровня в 0,05 % об. в сутки от объёма хранящейся жидкости объясняется тепловой инерцией холодного СПГ. Ввиду этого был сделан вывод, что увеличение объёма резервуара положительно сказывается на его термодинамическом режиме, а также рекомендуется эксплуатировать резервуары для СПГ при максимальной загрузке.

о —-,——,-1-1—--1-1

5 10 15 20 25 30 " 35

Уровень взлива, м

Рисунок 1 - Зависимость скорости испарения от уровня взлива

Используя результаты расчётов, было также установлено, что при снижении уровня взлива СПГ в резервуаре увеличивается температура внутренней стенки хранилища под перекрытием (рисунок 2), что способствует росту температурных напряжений на участке между «зеркалом» жидкости и внутренней крышей. Данное заключение следует из того факта, что отбор поступающего снаружи тепла от внутренней стенки осуществляется только парами СПГ, и в этом случае эффективность теплопередачи значительно меньше, что и обусловливает рост температуры внутренней стенки. Из полученных графиков видно, что при снижении уровня взлива до минимально допустимого 5 м, температурный перепад во внутренней стенке может

составлять почти 30 градусов, что в 2 раза больше, чем при полном заполнении. По этой причине также рекомендуется эксплуатировать резервуары для СПГ при максимальном заполнении.

Рисунок 2 - Зависимость температуры стенки над зеркалом жидкости

от уровня взлива

Было принято, что «ролловер» происходит из-за уменьшения плотности нижнего слоя ввиду того что происходит его нагрев внешними тепловыми потоками, а отвод тепла осуществляется только путём теплообмена с верхним слоем без испарения. В этом случае необходимо знать как плотность нижнего слоя меняется в зависимости от температуры. Для этого были использованы некоторые рекомендации, изложенные в методике ОАО «Газпром» по расчёту коэффициента сжимаемости СПГ, по которой мы установили, что с ростом абсолютного значения рабочего давления в резервуаре от нормального 0,112 МПа до максимального 0,119 МПа, плотность меняется незначительно, менее чем на 0,1 кг/м3(рисунок 3).

111 111,5 112 112,3 112,5 112,8 113 113,5 114 Температура нижнего слоя, К

Рисунок 3 - Зависимость плотности нижнего слоя СПГ

от температуры и от давления

Был сделан вывод, что увеличение давления в паровом пространстве на отрезке времени до начала «ролловера» практически не сказывается и как способ его предотвращения не может быть использован. Было установлено также, что при наличии в резервуаре стратифицированной жидкости температура нижнего слоя, ввиду того, что не осуществляется эффективного отвода тепла из него за счёт испарения, при принятых условиях увеличивается до максимальной рабочей температуры в 114 К за 20 суток (рисунок 4), что вполне соответствует времени хранения на некоторых приёмных терминалах, а в системах сглаживания неравномерности потребления газа может составлять до 10 месяцев.

109,5

о и" ГЧ N т ^ Ш Ш ^ » О! О Н М (П ^ ш' Ф ^ й т о

Время, сут

Рисунок 4 - Изменение температуры СПГ в нижнем слое с течением

времени

На основе этого сделан вывод, что даже если «ролловера» не произойдет, то перегрев жидкости будет равен примерно 3 К. Такой перепад температуры вызовет интенсивное парообразование при откачке СПГ из резервуара. Поэтому рекомендуется включать циркуляцию жидкости из нижнего слоя в верхний для установления рабочей температуры.

Расчётами было установлено, что при наличии стратифицированной жидкости в резервуаре, время до начала процесса «ролловера» будет меньше указанных выше 20 суток, и для резервуара объёмом 100000 м3 с соответствующими геометрическими характеристиками составит около 13 суток.

На рисунке 5 показана кривая изменения плотности нижнего слоя за счёт перегрева. При этом началом самопроизвольного смешения слоев считается момент выравнивания плотностей. Данный результат показывает, что система циркуляции жидкости должна запускаться значительно раньше того, как установится максимально допустимая температура жидкости в резервуаре.

—О—Нижний слой —Е— Верхний слой

10 12 14 16

Время, сут

Рисунок 5 — Зависимость плотности СПГ в слоях от времени хранения

В третьей главе была рассмотрена физическая картина явления быстрого фазового перехода (БФП) СПГ при попадании в водную среду. В мировой практике под данным термином понимается быстрое, близкое к спонтанному, образование и расширение паров СПГ. Для этого были привлечены результаты зарубежных опытно-промышленных экспериментов, проведенных для изучения поведения газовоздушных смесей из СПГ, но некоторые из них можно использовать для характеристики фазовых превращения криогенной жидкости.

Было установлено, что БФП может происходить при содержании метана в смеси менее 40% и более 88%, что свидетельствует о различных механизмах протекания БФП. Также было обнаружено, что при одном и том же компонентном составе БФП может происходить, а может и нет. С учётом этого сделан вывод, что компонентный состав не является определяющим фактором процесса БФП. Определено, что БФП находится в зависимости от температуры воды и от глубины проникновения СПГ в толщу воды. Отмечено, что данный

процесс происходит при температуре воды не ниже 285 К. Установлено, что мощность БФП коррелируется со скоростью истечения СПГ на воду.

Так значительное увеличение давления в ударной волне зафиксировано при расходе 15 м3/мин, а при 18 м3/мин мощность физического взрыва возросла в 5 раз и была равна 6,3 кг тротилового эквивалента. Такой результат объясняется тем, что при увеличении расхода СПГ большая часть энергии высвобождается не в воду, а в атмосферу.

На основе выявленных фактов предлагается характеризовать процесс БФП, прибегнув к теории перегрева, предполагая, что сразу после попадания СПГ на воду под ним образуется паровая плёнка. Затем ввиду нестабильности такого состояния и понижения разницы температур данная плёнка разрушается в определённых зонах и происходит прямой контакт «СПГ-вода». Такой контакт способствует увеличению теплового потока между жидкостями, следствием чего является резкий рост скорости испарения, что продуцирует волну давления паров.

Представленная гипотеза была проверена при расчётах крупного пролива СПГ стандартного состава, содержащего 70% метана, 20% этана, 10% пропана. Принималось, что истечение жидкости из морского хранилища продолжается 33 минуты с начальным массовым расходом 5300 кг/с (что эквивалентно истечению всего содержимого резервуара с 25000 м3 СПГ через пробоину 1 м в резервуаре) в воду с начальной температурой 295 К. Расчёты показали, что БФП произойдёт через 2080 с, т.е. 35 минут (вскоре после окончания истечения СПГ из резервуара) в результате перехода плёночного кипения к пузырьковому. На рисунке 6 показано, что БФП совпадает со снижением концентрации метана в образовавшемся жидкостном бассейне. По мере распространения бассейна и теплообмена с поверхностью воды предпочтительно выкипает метан, вызывая повышение концентрации этана и пропана. Быстрый фазовый переход происходит, когда содержание метана в общем объёме бассейна меньше 20%, а массовая доля фракции этана превышает 50%. Полученный результат согласуется с экспериментальными данными компании Шелл с проливом 0,1 м3 СПГ с содержанием метана менее 40%. При этом, когда содержание фракций этана, пропана и бутана

увеличивается, температура кипения смеси становится намного выше температуры кипения чистого метана, что показано на рисунке 7. авг]

о 1000 2000 3000

Время растекания "басссйна", с

Рисунок 6 — Изменение компонентного состава «бассейна»

Время растекания, с Рисунок 7 - Изменение температуры СПГ и воды

В данном случае температура поверхности раздела со временем снижается, по мере охлаждения воды и повышения температуры начала кжпения смеси, когда из бассейна испаряется преимущественно метан. При сжижении разности температур между водной поверхностью и СПГ изменяется режим кипения от пленочного к пузырьковому, что приводит к повышению скорости теплопередачи.

В работе было установлено, что энергия расширяющихся паров (физического взрыва) составляет 37,75 кДж/кг, что соответствует 36 кгс/см2 избыточного давления в зоне БФП. Такое давление способно повредить хранилище СПГ, но только в непосредственной близости от контактирующих крюгенной жидкости и воды. Для береговых объектов, расположенных, как правило, не менее чем в 800 метрах от морских ёмкостей волна давления не превышает 0,99 кПа, поэтому следует отметить, что для них БФП опасности не представляет. Ввиду этого сделан вывод, что при проектировании морских терминалов СПГ действием БФП на береговые объекты при растекании СПГ по воде можно пренебречь, ввиду локальности образующейся волны давления.

В четвёртой главе было исследовано поведение СПГ на водной поверхности в экстремальной ситуации при разгерметизации хранилища.

Ввиду большой разницы температур воды и СПГ (порядка 180 градусов), криогенная жидкость при попадании на водную поверхность будет кипеть. Анализ зарубежных экспериментов показал, что не существует однозначной величины скорости испарения СПГ с воды, ввиду этого нами предлагается рассчитывать её аналитически по уравнениям В.В. Клименко, которые были выведены в 1981 г. при обобщении результатов экспериментов с девятью легкокипящими жидкостями, в том числе и криогенными. Расчётным путём на основе данных уравнений было установлено, что если тепловой поток составляет Q = 36,6 кВт/м2, то массовая скорость испарения равна m = 0,07 кг/(м2-с). Рассчитанные нами величины укладываются в интервалы значений, полученных в зарубежных экспериментах, и приняты для использования при определении радиуса «бассейна» СПГ.

Во время растекания жидкости по водной поверхности и образования «бассейна» СПГ она испытывает на себе действие сил инерции и гравитации, а

также сил вязкостного трения и поверхностного натяжения. На сегодняшний день все эти воздействия на растекающийся СПГ рекомендуется учитывать с помощью уравнения Д. М. Веббера (1990 г.), которое и использовалось в данной работе.

Для нахождения радиуса разлива, как основного параметра, определяющего дальнейшее поведение «бассейна», необходимо в комплексе учесть процессы истечения из отверстия, распространения СПГ по воде и его испарения (либо теплоту горения). Причём эти задачи решаются с учётом изменения параметров во времени. Для этого была составлена и решена система уравнений, описывающая процесс растекания СПГ по водной поверхности:

с1г

где г - радиус разлива, м;

I — время истечения СПГ, с; и — скорость движения фронта «бассейна», м/с; Ф(б) — коэффициент формы «бассейна»;

- приведённое ускорение свободного падения, м/с2;

— толщина края «бассейна», м; СР - сопротивление течению, м/с2;

qs — массовый расход через пробоину в танкере, кг/с; и„ - линейная скорость испарения (горения), м/с; Ароо! — площадь «бассейна», м2; рш0 - плотность СПГ, кг/м3;

Уа - объём СПГ, истекающего из пробоины танкера, м3; Ус — объём испаряющегося СПГ, м3;

.2.

V - объём СПГ в «бассейне», м3.

В качестве примера для расчёта по разработанной методике рассмотрена ситуация с образованием в стенке морского хранилища пробоины и истечением за водную поверхность СПГ. Для этого была создана база данных, включающая в себя физические свойства СПГ, морской воды и геометрические характеристики хранилища. Расчёты показали, что максимальный радиус «бассейна» СПГ для принятых условий составит 74 м и время интенсивного теплового воздействия на береговые объекты равно 1940 с, т.е. 33 минуты (рисунок 8).

Рисунок 8 - График зависимости радиуса разлива от времени истечения

СПГ

Анализ графика зависимости радиуса «бассейна» от времени показал, что резкий переход на кривой объясняется тем, что рост радиуса разлива происходит до тех пор, пока профиль горизонтальной скорости фронта «бассейна» больше нуля. Сокращение радиуса (на графике - это падение кривой) зависит только от скорости испарения (горения) поступившего в «бассейн» СПГ.

Для оценки адекватности данной методики реальным условиям было проведено сравнение полученных нами результатов с результатами зарубежных исследований. При этом были использованы расчёты по аналогичным условиям, проведённые на некоммерческом программном продукте исследовательской группы АВБО для Американской Федеральной

Энергетической Регулирующей Комиссии (РЕКС), в которых получено, что максимальный радиус разлива СПГ составит 70 м, и время полного испарения зеркала - 52 минуты (рисунок 9). Данные значения практически совпадают с, результатами расчётов по разработанной нами методики определения радиуса разлива СПГ.

Время истечения СПГ из отверстия хранилища, с Рисунок 9 - Сравнение результатов расчета Отметим, что радиус «бассейна» имеет свой максимум в зависимости от диаметра пробоины (рисунок 10). Ввиду этого, величину теплового воздействия на береговые объекты следует определять для интервала пробоин от 1 м (как рекомендуется Американским Бюро Судоходства) до максимальной величины (для рассматриваемого случая - это 3 м).

Диаметр отверстия, м

Рисунок 10 - Зависимость радиуса «бассейна» от диаметра пробоины Тепловое излучение при возгорании пролива, влияющее на тепловой режим береговых изотермических резервуаров для хранения СПГ, предлагается определять в соответствии с СП 12.13130.2009 МЧС России. Так для

рюсматриваемого случая было получено, что на расстоянии 800-1300 м (типичная длина погрузо-разгрузочных пирсов) величина теплового потока находится в пределах 10-90 кВт/м2 (рисунок 11), что превышает величину критической плотности падающих лучистых потоков для твердых горючих и

трудногорючих материалов.

600

Диаметр пролива, м

-в-160м 200 м —а—300 м -»-150 м

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Расстояние от очага внешнего теплового воздействия до береговых объектов, м

Рисунок 11 - Тепловое излучение на береговые объекты

В пределы данной зоны попадают и резервуары для хранения СПГ, в которых при изменении внешнего теплопритока будут изменяться и термодинамические режимы.

Были проведены расчёты по воздействию тепловых потоков от горящего пролива СПГ при разгерметизации хранилища в морском терминале на береговой резервуар хранения жидкого метана. Расчёты процесса «ролловера» осуществлялись при тех же условиях, что приняты во второй главе, и принималось, что резервуар объёмом 100000 м3 расположен на расстоянии 900 м от центра возгорания разлива, и в нём находится два слоя СПГ с различными характеристиками (например, гипотетический сценарий для терминала на о. Сахалин).

Установлено, что при увеличении тепловых потоков до 50 кВт/м2 время до начала процесса «ролловера» сокращается с 13 суток до 19 часов.

Данный факт необходимо учитывать при проектировании морских терминалов СПГ при разработке систем предотвращения «ролловера» в изотермических ёмкостях со сжиженным природным газом и для установления

рациональных расстояний от швартующихся танкеров до береговых резервуаров хранения СПГ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе результатов анализа зарубежного и отечественного опыта были выявлены первоочередные научно-методические направления решения практических задач создания отечественной отрасли хранения СПГ.

2. Определено, что снижение уровня взлива в типовом резервуаре для СПГ объёмом 100000 м3 приводит к увеличению количества испаряющейся жидкости больше номинального значения 0,05 % об./сут.

3. Разработан метод расчёта теплового режима резервуара для СПГ и метод расчёта процесса «ролловера» в резервуаре для СПГ, позволяющий оценить время до начала его развития. Установлено, что увеличение внешнего теплового потока сокращает время до начала процесса «ролловера» с нескольких суток до нескольких часов (например, для резервуара объёмом 100000 м3 от 13 суток до 19 часов).

4. Установлена физическая картина явления быстрого фазового перехода СПГ при попадании в водную среду. Определено, что в экстремальной ситуации разгерметизации морского хранилища волна давления на расстоянии большем длины типового пирса 800 м не превышает величину 0,99 кПа. Поэтому при проектировании морских терминалов СПГ действием волны давления от быстрого фазового перехода на береговые объекты при растекании СПГ по воде можно пренебречь, ввиду локальности образующейся волны давления.

5. Разработан метод определения параметров растекания сжиженного природного газа на водной поверхности, позволяющий учесть нестационарность истечения СПГ из хранилища и испарение или горение СПГ на воде; аналитическим путём установлено, что скорость испарения СПГ с водной поверхности при 20 °С составит 0,07 кг/(м2-с). Доказана возможность использования полученного значения при проектировании морского терминала СПГ для определения расстояний от морских ёмкостей до береговых объектов.

Основные результаты работы опубликованы в 29 научных трудах.

Наиболее значимые представлены ниже, где первые шесть являются статьями в периодических изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ:

1 Рахимов В.О. Определение радиуса аварийного разлива сжиженного природного газа на водной поверхности / В.О. Рахимов, Г.Е. Коробков // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. - 2011. - №3 -С.21-24.

2 Рахимов В.О. Метод расчёта характеристик стратифицированной жидкости при «ролловере» в резервуаре для хранения сжиженного природного газа / В.О. Рахимов, Г.Е. Коробков // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. - 2012. - №1 — С.26-29.

3 Рахимов В.О. Определение теплошдравлических параметров процессов при транспорте и хранении сжиженного природного газа / В.О. Рахимов, Г.Е. Коробков // Нефтегазовое дело. - 2012. - том 10, №1. - С.54-58.

4 Рахимов В.О. Особенности хранения сжиженного природного газа в системах газоснабжения отдалённых регионов / В.О. Рахимов, Г.Е. Коробков // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. - 2012. - №4. — С.28-31.

5 Рахимов В.О. Исторический анализ аварий на береговых объектах сжиженного природного газа / В.О. Рахимов И История науки и техники. -2012,- Спецвыпуск №3, №11. С. 112-115.

6 Рахимов В.О. Аварии в истории развития морской транспортировки сжиженного природного газа / В.О. Рахимов // История науки и техники. -2012. - Спецвыпуск №3, №11. С. 116-118.

7 Рахимов В.О. Расчёт характеристик аварийного разлива СПГ в результате действия «ролловера» и быстрого фазового перехода / В.О. Рахимов, Г.Е. Коробков // Трубопроводный транспорт - 2009: Материалы V Международной учебно-научно практ. конф. / УГНТУ. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2009.-С.126-127.

8 Рахимов В.О. Быстрый фазовый переход при попадании сжиженного природного газа в водную среду I В.О. Рахимов // 61-ая научно-технической

конференции студентов, аспирантов и молодых учёных: Материалы конференции / УГНТУ. - Уфа, 2010. - Кн.1. - С. 106.

9 Рахимов В.О. Математическое моделирование процесса стратификации в резервуарах сжиженного природного газа / В.О. Рахимов, A.A. Ямалетдинова, H.JI. Елизарьева // 61-ая научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных: Материалы конференции / УГНТУ. - Уфа, 2010. -Кн.1.-С. 97.

10 Рахимов В.О. Возникновение процесса «ролловера» в хранилище жидкого метана при пожаре / В.О. Рахимов // Рассохинские чтения: материалы межрегионального семинара (3-4 февраля 2011 года) / под. ред. Н.Д. Цхадая. -Ухта: УГТУ, 2011. - С. 332-335.

11 Рахимов В.О. Факторы, влияющие на тепловой режим резервуаров для хранения сжиженного природного газа / В.О. Рахимов // 62-ая научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных: Материалы конференции / УГНТУ. - Уфа, 2011. - С.31-32.

12 Rakhimov V.O. Operation features of low-temperature storage of liquefied natural gas / V.O. Rakhimov, N.L. Elizaryeva // 8th International* Youth Oil&Gas Forum: Labors of the scientific practical conference / КазНГУ. - Алматы, 2011. -C.115-117.

13 Рахимов В.О. Особенности тепловых режимов резервуаров для сжиженного природного газа / В.О. Рахимов, Г.Е. Коробков // Трубопроводный транспорт -2011: Материалы VII Международной учебно-научно практ. конф. / УГНТУ. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2011 - С. 95-96.

14 Рахимов В.О. Метод расчёта теплогидравлического режима резервуара для хранения сжиженного природного газа / В.О. Рахимов, Г.Е. Коробков // Рассохинские чтения: материалы межрегионального семинара (3-4 февраля 2012 года) / под. ред. Н.Д. Цхадая. - Ухта: УГТУ, 2012 - С. 312-316.

15 Рахимов В.О. Особенности испарения сжиженного природного газа при формировании льда на водной поверхности / В.О. Рахимов // 63-ая научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных УГНТУ: сборник материалов конференции / УГНТУ. - Уфа, 2012. - С.44-45.

Подписано в печать 31.10.2013. Бумага офсетная. Формат 60x84 'Лб Гарнитура «Тайме». Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1 Тираж 90. Заказ 175

Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета Адрес тишнрафии: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Рахимов, Вадим Олегович, Уфа

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

04201451572

Рахимов Вадим Олегович

ОСОБЕННОСТИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ХРАНЕНИИ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА

Специальность 25.00.19 - «Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов,

баз и хранилищ»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Коробков Г.Е.

Уфа 2013

СОДЕРЖАНИЕ

С

Введение

1 Особенности работы систем хранения и транспорта сжиженного природного газа в экстремальных условиях............................... 9

1.1 Анализ нормативной базы в области хранения и транспорта сжиженного природного газа.................................................. 9

1.2 Особенности расчёта тепловых режимов резервуаров для хранения СПГ................................................................................... 15

1.3 Анализ термодинамических особенностей поведения СПГ при попадании на водную поверхность при его хранении на морских терминалах........................................................................... 17

1.4 Анализ опыта международных операции с сжиженным природным газом.................................................................................. 21

1.4.1 Общие сведения о системах хранения СПГ................................... 21

1.4.2 Нарушения технологических процессов на береговых комплексах СПГ.................................................................................... 24

1.4.3 Нарушения технологических процессов при морских операциях с СПГ.................................................................................... 30

2 Термодинамические особенности хранения сжиженного природного газа в изотермических резервуарах............................................ 34

2.1 Явление «ролловер» в хранилищах сжиженного природного газа.... 35

2.2 Физические особенности процесса «ролловера» при хранении СПГ.... 38

2.3 Расчёт теплопереноса в стратифицированной жидкости................. 45

2.4 Разработка метода расчёта термодинамического режима наземного изотермического резервуара со стратифицированным на два слоя СПГ.................................................................................... 47

2.5 Расчета плотности сжиженного природного газа для типовых условий хранения в резервуаре.......................................................... 64

2.6 Расчёт времени наступления «ролловера»......................................................................68

3 Теплогидравлические особенности при хранении сжиженного природного газа на морских терминалах........................................................................71

3.1 Характеристика физической картины явления попадания сжиженного природного газа на водную поверхность..........................................................................71

3.2 Образование «бассейна» СПГ на водной поверхности........................................75

3.3 Анализ результатов экспериментов и моделирования процесса кипения СПГ на водной поверхности..................................................................................76

3.4 Анализ работ по изучению быстрого фазового перехода СПГ..................80

3.5 Исследование быстрых фазовых переходов СПГ при разгерметизации ёмкости для хранения..........................................................................................................................83

3.5.1 Сценарии БФП при хранении СПГ в морских ёмкостях......................................84

3.5.2 Прогнозирование потенциальной опасности БФП................................................88

3.5.3 Прогнозирование БФП при крупных проливах СПГ..........................................92

4 Разработка методики расчёта тепловых процессов при разгерметизации хранилищ сжиженного природного газа............................97

4.1 Плёночное кипение СПГ на горизонтальной поверхности..............................97

4.2 Разработка метода определение радиуса аварийного разлива сжиженного природного газа на водной поверхности........................................108

4.3 Тепловое излучение при горении «бассейна» СПГ................................................116

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ..................................................................120

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ......................................................121

ПРИЛОЖЕНИЯ..........................................................................................................................................134

Приложение 1. Справка о внедрении результатов работы в ФГБОУ

ВПОУГНТУ..................................................................................................................................................134

Приложение 2. Справка о внедрении результатов работы в ОАО

«Ямал СПГ»....................................................................................................................................................135

Приложение 3. Справка о внедрении результатов работы в ООО «СГ-

Авто»....................................................................................................................................................................136

Введение

Задача производства сжиженного природного газа (СПГ) приобретает всё большую значимость для России как перспективное направление переработки и транспортирования природного газа. Наиболее масштабное производство СПГ рассматривается для разработки шельфовых газовых и нефтяных месторождений Крайнего Севера и Дальнего Востока. При утилизации попутного нефтяного газа на промыслах, значительно удалённых от газотранспортной системы, или при ограничении доступа к ней также рассматривается возможность производства СПГ. Газификация значительной части малых населённых пунктов с использованием СПГ в некоторых случаях оценивается как экономически более выгодная по сравнению с газопроводным способом транспортировки газа [27]. Кроме того, в течение многих лет продолжаются программы по использованию СПГ в качестве моторного топлива на транспорте.

Сегодня в мире производство СПГ осуществляется на 27-ми крупнотоннажных заводах в 15 странах. В стадии строительства находятся ещё 6 заводов и более 20-ти проектируются. Для приёма СПГ и его регазификации построено 68 терминалов; ведётся строительство 21 терминала, а ещё 40 — проектируются.

Перевозка СПГ осуществляется в основном морским путём. Доля морского транспорта СПГ составляет около 23% от общего объёма поставок газа в мировой торговле и продолжает расти. Обеспечивается это флотом танкеров-метановозов. На сегодняшний день мировой флот таких танкеров насчитывает более 350 судов общей вместимостью порядка 50 млн. м3 [3]. Такие же суда используются и для непосредственного хранения, регазификации и резервирования СПГ.

В общем случае комплекс СПГ включает в себя следующие объекты:

резервуарный парк хранения СПГ, систему трубопроводов и

специализированные причалы с установленным оборудованием для отгрузки

сжиженного природного газа. При этом стоимость резервуарного парка

4

составляет до 50 % стоимости всего комплекса. Соответственно, к этим сооружениям должны предъявляться особые требования как при строительстве, так и при эксплуатации [7].

Отметим, что в нашей стране вопросами проектирования и эксплуатации резервуаров для хранения СПГ занимались такие учёные как Рачевский Б.С., Сафонов B.C., Одишария Г.Э., Иванцов О.М., Двойрис А.Д., Поповский Б.В., Майлер А.З., Дешёвых Ю.И., за рубежом: Гермелес А., Мидер Д., Хистенд Д., Ши Дж., Бедус К., Мориссон Д., Бэйтс С. Но большинство работ было выполнено в 1970-80-е годы и в них отсутствует комплексный анализ теплогидравлического режима резервуара для СПГ. Вопросы создания морских терминалов СПГ и их безопасного функционирования рассмотрены в работах таких зарубежных учёных как Шо П., Бриско Ф., Фай Дж, Лукета-Ханлин А., Хайтауэр М., Питбладо Р. и др., а в России такие работы отсутствуют.

Согласно документа [22] при проектировании терминалов СПГ

необходимо рассматривать ситуацию, когда происходит нарушение

герметичности одного танка танкера-метановоза с проливом содержимого на

воду и с дальнейшим либо мгновенным воспламенением испаряющегося

газа (пожар разлития), либо испарением пролитого на воду СПГ с

формированием тяжелого взрывоопасного облака; при этом условная

вероятность мгновенного воспламенения принимается равной 0,6, а условная

вероятность формирования тяжелого облака - 0,4. Это важно для

определении безопасных расстояний между объектами и для определения

возможных теплогидравлических режимов береговых резервуаров для

хранения СПГ. Для этого определяются поражающие факторы, такие как

величина теплового излучения и давления в ударной волне при

дефлаграционном или детонационном сгорании газовоздушной смеси. Эти

факторы определяются исходя из радиуса разлива по нормативным

документам [9,4,20]. При этом отсутствуют рекомендации по определению

такого радиуса, за исключением случая разлива в обвалование резервуара

5

(здесь максимальным радиусом разлива будет размер обвалования). Но в случае истечения СПГ из танкера жидкость распространяется на неограниченной водной поверхности, образуя плавучий «бассейн». При его горении выделяющееся тепло влияет на теплогидравлический режим хранилищ СПГ, в том числе при наличии в них стратифицированной по плотности криогенной жидкости, что может привести к «ролловеру», который представляет собой резкое смешение находящихся в ёмкости слоёв, сопровождаемое сильным парообразованием, превышающим номинальное. Отметим, что в нашей стране отсутствуют не только нормативные документы, по которым можно было бы оценивать вышеуказанные специфические для отрасли СПГ процессы, но и вообще какая-либо систематизированная нормативно-техническая база для безопасного обращения с СПГ. Ввиду этого создание научно-теоретических основ расчёта процессов хранения и транспорта СПГ является актуальной проблемой в России.

Целью данной работы является разработка научно-обоснованных теоретических принципов расчёта термодинамических процессов в экстремальных условиях хранения СПГ.

Для достижения поставленной цели в диссертации ставятся и решаются следующие задачи:

1) изучение и анализ зарубежного и отечественного опыта создания систем СПГ для его адаптации к применению при проектировании и эксплуатации современных хранилищ СПГ в России;

2) разработка метода расчёта термодинамического режима резервуара для СПГ, позволяющего характеризовать процесс «ролловер» в хранилище;

3) оценка термодинамических особенностей поведения «бассейна» СПГ на водной поверхности и установление физической картины явления быстрого фазового перехода СПГ;

4) разработка метода определения характеристик растекания сжиженного природного газа на водной поверхности и установление

зависимости термодинамического режима резервуара СПГ от воздействия экстремальных факторов.

Методы исследований: системный подход при разработке методов расчёта термодинамических характеристик «бассейна» СПГ на водной поверхности и теплового режима резервуара для СПГ, математическое моделирование, численные методы. Решения задач основаны на положениях гидравлики, термодинамики и теплотехники.

Научная новизна работы заключается в том, что:

1) доказано, что неполная загрузка резервуара СПГ приводит к увеличению скорости испарения жидкости в ёмкости выше номинального значения 0,05 % об./сут;

2) установлено, что при наличии источника внешнего теплового воздействия вблизи морского терминала СПГ изменяется термодинамический режим резервуаров для хранения СПГ, и сокращается время до момента начала развития процесса «ролловера» от нескольких суток до нескольких часов (например, для резервуара объёмом 100000 м3, от 13 суток до 19 часов);

3) определены научно-обоснованные теоретические принципы, по которым установлены допустимые расстояния для типовых терминалов СПГ не менее 800 м, ограничивающие внешнее тепловое воздействие на береговые объекты от морских хранилищ СПГ при их разгерметизации.

Практическая ценность.

Результаты исследований были использованы в ОАО «Ямал СПГ» при проектировании терминалов сжиженного природного газа морского базирования и определении теплогидравлических режимов резервуаров для хранения сжиженного природного газа и в ООО «СГ-Авто» при проектировании стационарных хранилищ сжиженного газа на автомобильных газозаправочных станциях.

Результаты научной работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО УГНТУ, включены в программу дисциплины «Транспорт и хранение

сжиженных газов» при подготовке бакалавров и магистров по направлению 131000 «Нефтегазовое дело».

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63 научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых учёных УГНТУ (Уфа, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012); V, VI, VII Международных учебно-научно практических конференциях «Трубопроводный транспорт» (Уфа, 2009, 2010, 2011); II, III, IV Межрегиональных семинарах «Рассохинские чтения» (Ухта, 2010, 2011, 2012); II Международной конференции молодых учёных «Актуальные проблемы науки и техники-2010» (Уфа, 2010); Научно-практической конференции VIII-го Международного молодёжного нефтегазового форума (Алматы, 2011); VII-ой Международной научно-технической конференции «Современные проблемы холодильной техники и технологий» (Одесса, 2011); Консультационно-методическом семинаре «Обеспечение промышленной безопасности при эксплуатации резервуаров и резервуарных парков» (Салават, 2011); ХИ-ой Международной научной конференции «Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела» (Уфа, 2012).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 30 печатных работ, в том числе 6 статей в журналах, рекомендуемых ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, изложена на 136 страницах машинописного текста и содержит 36 рисунков, 7 таблиц, список литературы из 152 наименований и приложение.

Глава 1 Особенности работы систем хранения и транспорта сжиженного природного газа в экстремальных условиях

1.1 Анализ нормативной базы в области хранения и транспорта сжиженного природного газа

Тремя признанными центрами развития технологий СПГ и разработки стандартов являются Американский континент (США, Канада), Европа (Великобритания) и Австралия. Созданные здесь стандарты [29-33, 69-71, 114, 126-127] регламентируют широкий круг вопросов, относящихся к конструктивным и технологическим требованиям, проектированию и безопасности на различных стадиях производства и использования СПГ. В своей совокупности эти стандарты дают практически энциклопедические сведения о СПГ всем, работающим в данной области. Анализируя эти документы, можно отчетливо проследить следующие тенденции: стремление, с одной стороны, к их международной унификации, а с другой - к учету национальных особенностей в технических подходах, характерных для каждой из этих стран.

Очевидно, что система стандартизации в России имеет существенные отличия от принятых в западных странах, что не позволяет напрямую использовать в отечественной практике ни один из зарубежных стандартов. К числу основных видов стандартов, необходимых для успешного проектирования, создания и эксплуатации объектов новых компонентов топлив в России, относятся:

- стандарты технических условий или всесторонние технические требования;

- стандарт контроля качества;

- правила безопасности для производств;

- правила безопасности на объектах потребителей;

- руководящий документ по правилам эксплуатации;

- правила транспортировки;

- правила приемки и др.

Работа по созданию отечественных нормативных документов для СПГ была начата во ВНИИГАЗе в 80-х гг. прошлого столетия, когда в СССР впервые появился повышенный интерес к увеличению доли замещения газом традиционных жидких углеводородных топлив. Первый такой документ назывался «Ведомственные нормы технологического проектирования установок по производству и хранению СПГ, изотермических хранилищ и газозаправочных станций» ВНТП-51-1-88 (временные). Тогда же увидели свет и первые отечественные ТУ 51-03-03-85 «Газ горючий природный сжиженный. Топливо для двигателей внутреннего сгорания. Технические условия», а также «Временные правила перевозки сжиженного природного газа автомобильным транспортом». Все эти документы подлежали дальнейшей доработке по мере получения опыта эксплуатации соответствующих производств и объектов потребления.

Последовавшие затем события, коснувшиеся практически всех отраслей экономики, надолго прервали реализацию проектов, связанных с использованием СПГ и развитием его нормативной базы. Оказались серьезно нарушенными государственная и ведомственные системы стандартизации, практически ликвидировано централизованное планирование и финансирование разработки стандартов.

Вместе с тем начавшиеся в 1995-1996 гг. активные работы ООО «Лентрансгаз» совместно с ЗАО «Сигма-Газ» и ЗАО «Крионорд» по созданию в Санкт-Петербурге и Ленинградской обл. комплекса по производству, доставке и использованию СПГ, а также проектированию мини-заводов по производству СПГ на базе АГНКС и ГРС потребовали наличия современной нормативной базы. Заказчиком ее разработки по согласованию с «Газпромом» выступил Лентрансгаз. Гол