Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Повышение эффективности и безопасности эксплуатации резервуаров и трубопроводов сжиженного углеводородного газа
ВАК РФ 25.00.19, Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ
Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности и безопасности эксплуатации резервуаров и трубопроводов сжиженного углеводородного газа"
УДК 621.6.036
На правах рукописи
Шурайц Александр Лазаревич
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЕЗЕРВУАРОВ И ТРУБОПРОВОДОВ СЖИЖЕННОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА
Специальности: 25.00.19 - Строительство и эксплуатация
нефтегазопроводов, баз и хранилищ; 05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовый комплекс)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
00345581о
Уфа 2008
003455818
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении «Саратовский государственный технический университет»
Научный консультант - доктор технических наук, профессор
Усачев Александр Прокофьевич
Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор
Халлыев Назар Халлыевич
- доктор технических наук Сущев Сергей Петрович
- доктор технических наук, профессор Халимов Андались Гарифович
Ведущее предприятие - Открытое акционерное общество «Газ-сервис»
Защита диссертации состоится 19 декабря 2008 г. в 1530 часов на заседании диссертационного совета Д 222.002. 01 при Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУЛ «ИПТЭР») по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «ИПТЭР». Автореферат разослан 18 ноября 2008 г.
Ученый секретарь диссертационного совета
доктор технических наук ^--^ Л.П. Худякова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Относительно невысокая стоимость сжиженного углеводородного газа (СУГ) по сравнению с жидкими видами топлива обуславливает свойственную рыночным отношениям тенденцию к развитию парка легковых и грузовых автомобилей, маршрутных такси, энергетических и промышленных установок, использующих СУГ в качестве основного или резервного топлива, а также сопутствующих им автомобильных газовых заправочных станций (АГЗС), многотопливных автомобильных заправочных станций (МТАЗС), газонаполнительных станций, резервуарных установок промышленных и жилищно-коммунальных потребителей (РУ ПиЖКП), удалённых от магистральных трубопроводов природного газа жилых поселений.
Возросшие объемы строительства указанных объектов, оснащённых широко применяемыми до настоящего времени надземными резервуарами и трубопроводами (РТ), увеличение их вместимости вызвали серьёзный рост числа инцидентов и аварий.
Высокая по сравнению с воздухом плотность паровой фазы СУГ, её затруднённое рассеивание в низких местах территории, быстрое возникновение и распространение парового облака при испарении жидкой фазы приводят к цепному характеру развития аварий, раскрытию стенок надземных резервуаров, взрыву парожидкостной смеси и образованию «огненного шара», характеризующимся высоким материальным, социальным и экологическим ущербами. Повышенная опасность надземных резервуаров обусловила введение в действие новых норм промышленной и пожарной безопасности, запрещающих надземную установку РТ на АГЗС и МТАЗС в черте населённых пунктов и резко ограничивающих их применение путём увеличения противопожарных разрывов в составе АГЗС за пределами жилых массивов.
Нормативные документы НПБ 111-98*, ГОСТ Р 12.3.047-98, ряд руководящих материалов, составленных на основе трудов ВНИИПО, Гипрониигаза, результатов исследований Шебеко Ю.Н., Малкина В.Л., Усачева А.П., Болодья-
на
И.А., Гордиенко Д.М., Смолина И.М., Колосова В.А., Смирнова Е.В., других
ученых, рекомендуют подземную прокладку РТ СУГ на территории АГЗС, МТАЗС и других аналогичных объектов, требуют оснащения их системами локализации утечек СУГ, устройствами пассивной и активной защиты с постоянным автоматическим контролем герметичности и устанавливают снижение вероятности утечек и уровня индивидуального риска до величины не более 1(Г8 год"1.
В существующих системах защиты подземных РТ отсутствует постоянный автоматический контроль герметичности их основных элементов: стенок сосудов, трубопроводов, антикоррозионных покрытий, первых отключающих устройств, запирающих выход СУГ из РТ, не разработаны системы локализации утечек СУГ. Установки активной коррозионной защиты на основе катодной поляризации, получившие широкое применение, предотвращают только электрохимическую коррозию и не защищают от других её видов.
В этой связи разработка теоретических и прикладных основ безопасного и оптимального функционирования систем комплексной защиты (СКЗ) РТ СУГ путем заключения в защитный футляр, заполненный газообразным азотом с автоматическим контролем верхней и нижней границ давления является актуальной научно-технической проблемой.
Диссертационная работа выполнена в ОАО «Гипрониигаз» и на кафедре «Теплогазоснабжение и вентиляция» Саратовского государственного технического университета в рамках комплексных программ и планов ОАО «Росгази-фикация» и ОАО «Регионгазхолдинг» на 1988-2008 годы.
Цель работы - повышение эффективности и безопасности эксплуатации резервуаров и трубопроводов СУГ путем разработки теоретических основ и технических решений их комплексной защиты.
Основные задачи исследований
1. Системный анализ требований, предъявляемых к СКЗ подземных резервуаров и трубопроводов, режимов и особенностей ее функционирования, внешних условий и построение на его основе модели СКЗ с заданным уровнем требований.
2. Разработка на базе полученной модели новых технических решений СКЗ подземных резервуаров и трубопроводов СУГ.
3. Получение зависимостей для определения параметров СКЗ подземных РТ СУГ, их проверка в условиях натурных экспериментов.
4. Разработка математической модели оптимизации СКЗ и обоснование на ее основе типа и конструкции системы.
5. Оптимизация геометрических параметров полимерного футляра с заключенным в него резервуаром СУГ.
6. Разработка математической модели и алгоритма определения оптимального диаметра футляра в зависимости от оптимального диаметра парожидко-стного трубопровода и потерь давления при течении СУГ.
7. Определение гидравлических сопротивлений при течении парожидко-стной смеси СУГ в горизонтальном трубопроводе в условиях теплообмена с окружающей средой.
Методы исследований: системный подход при разработке СКЗ; системный анализ, математическое моделирование, численные методы, методы декомпозиции и направленного поиска при решении задач оптимизации и гидродинамических расчетов СКЗ и ее основных элементов; методы математической статистики при обработке результатов физических измерений, натурный эксперимент.
Научная новизна результатов работы
1. Предложен системный метод разработки СКЗ резервуаров и трубопроводов СУГ, позволяющий на основе выявления целевых функций и задания им минимальных нормативных значений получить модель устройства СКЗ, уменьшающей вероятность разгерметизации с 10"3 год'1 для существующих аналогов до 10"8 год"1. Предложенный метод защищен свидетельством авторского права № 13356.
2. На основе предложенной модели разработаны новые технические решения комплексной защиты резервуаров и трубопроводов путем заключения их в защитные футляры, заполненные газообразным азотом с автоматическим контролем верхней и нижней границ давления, защищенные патентом № 18564.
3. Получены аналитические зависимости, позволяющие определять эксплуатационные параметры предлагаемой СКЗ, при которых предотвращается коррозия наружных поверхностей подземных резервуаров и трубопроводов СУГ. Экспериментальная проверка подтверждает достоверность предложенных аналитических зависимостей с погрешностью 13,4 %.
4. Предложена математическая модель оптимизации системы комплексной защиты РТ СУГ, заключенных в полимерный футляр, позволяющая на базе системного подхода приводить все конкурирующие варианты СКЗ к единой структуре, учитывающая динамику развития СКЗ и иерархию ее функционирования в условиях неопределенности экономической информации.
5. Разработан алгоритм обоснования типа СКЗ резервуаров и трубопроводов СУГ в условиях неопределенности конвертирования ценовых факторов.
6. Предложены методические рекомендации по определению оптимальных формы и геометрических параметров полимерных футляров для резервуаров.
7. Разработана математическая модель определения оптимальных диаметра и толщины тепловой изоляции футляра, диаметра заключенного в футляр парожидкостного трубопровода и потерь давления при течении СУГ.
8. Получены аналитические зависимости и инженерный алгоритм для определения гидравлических сопротивлений при течении парожидкостной смеси СУГ в горизонтальном трубопроводе в условиях теплообмена с окружающей средой. Экспериментальные исследования подтверждают достоверность предложенной математической модели с погрешностью 15,2 %.
Основные защищаемые положения
1. Системный метод разработки и новые технические решения комплексной защиты резервуаров и трубопроводов СУГ.
2. Результаты исследований эксплуатационных параметров предлагаемой СКЗ резервуаров и трубопроводов СУГ.
3. Математическая модель оптимизации системы комплексной защиты резервуаров и трубопроводов СУГ, заключенных в полимерный футляр.
4. Алгоритм обоснования типа СКЗ резервуаров и трубопроводов СУГ в условиях неопределенности конвертирования ценовых факторов.
5. Результаты оптимизации формы и геометрических параметров защитных полимерных футляров для резервуаров СУГ.
6. Математическая модель оптимизации диаметра и толщины тепловой изоляции футляра, диаметра заключенного в футляр парожидкостного трубопровода и потерь давления при течении СУГ.
7. Результаты опытно-промышленных испытаний и внедрения СКЗ резервуаров и трубопроводов СУГ, новая нормативная техническая документация.
Практическая ценность и реализация результатов работы
1. Предложенный системный метод разработки СКЗ резервуаров и трубопроводов СУГ, защищенный свидетельством авторского права № 13356, отличается универсальностью и позволяет на основе выявления целевых функций и задания им минимальных нормативных значений получать модели сложных технических систем в различных областях прикладной науки и техники. Применение метода позволяет свести к минимуму уровень риска при реализации новых разработок в условиях их венчурного финансирования. Метод апробирован при разработке трех технических систем и реализован в рамках программы «Старт 2008».
2. Разработанные способы и технические решения по повышению эффективности и безопасности эксплуатации резервуаров и трубопроводов обеспечивают комплексную защиту путем заключения их в футляр, заполненный азотом с контролируемыми параметрами давления, защищены патентами и реализованы в следующей нормативной и технической документации:
- Технические предложения по повышению безопасности и снижению стоимости многотопливных и газовых автозаправочных станций, одобренные письмом ФГУ ВНИИПО МВД России № 43/3.5/1198 от 23.04.2001 г.;
- СТО 17446935-1-2008 «Технические решения по обеспечению герметичности установок хранения и распределения сжиженных углеводородных газов путем заключения их в футляр с азотом», утвержденный ОАО «Росгазифика-
ция» 12.03.2008 г. и согласованный письмом № 11-10/1521 от 24.04.2008 г. Рос-технадзора России.
3. Разработанные методики и рекомендации позволяют обосновывать тип СКЗ, осуществлять выбор геометрических параметров полимерного футляра для резервуара СУГ, диаметра футляра парожидкостного трубопровода (ПЖТ), определять потери давления при течении СУГ. Они реализованы в следующих руководящих документах:
- СТО 03321549-001-2008 «Рекомендации по обоснованию типа системы комплексной защиты и оптимизации полимерного футляра для резервуара СУГ» / ОАО «Гипрониигаз»,- Саратов, 2008;
- СТО 03321549-002-2008 «Рекомендации по обоснованию варианта системы комплексной защиты парожидкостных трубопроводов СУГ и оптимизации ее параметров» / ОАО «Гипрониигаз». - Саратов, 2008;
- Методика гидравлического расчета системы снабжения потребителей сжиженным газом с подачей жидкой фазы. Введена в действие приказом № 130 от 30.12.1985 г. по Главгазу Минжилкомхоза РСФСР. - Саратов: Гипрониигаз, 1986.
4. Предложенные технические решения СКЗ РТ внедрены в комплекте технико-эксплуатационной документации на технологическую систему АГЗС с двустенными резервуарами ТС «КЗПМ-С», согласованную письмом ВНИИ-ПО и ГУГПС МЧС России № 43/3.5/1049 от 3.06.2004 г., по которой ЗАО «Джи Ти Севон» (г. Кузнецк Пензенской обл.) осуществляется серийное производство резервуаров и трубопроводов СУГ для баз хранения АГЗС и МТАЗС.
5. Предложенные научно-технические решения нашли практическое применение при подготовке спецкурса по системам хранения и распределения СУГ для студентов и магистрантов специальности TTC СГТУ; курса лекций и практических занятий по эксплуатации и обслуживанию объектов СУГ для специалистов АГЗС, проводимых ОАО «Гипрониигаз»; Пособия по проектированию, строительству и эксплуатации АГЗС (Саратов: Сателлит, 2004. - 200 с).
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения
надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» в рамках XVI международной специализированной выставки «Газ. Нефть. Техноло-гии-2008» (Уфа, 2008); 1-ой Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы нормотворчества в газораспределительной подотрасли - современное состояние и перспективы» (Саратов, 2001); Российской научно-технической конференции «Перспективы использования сжиженных углеводородных газов» (Саратов, 2003), Российском конгрессе по газораспределению и газопотреблению (Санкт-Петербург, 2006); ежегодных научно-технических конференциях СГТУ (Саратов, 2000-2008); ежегодных научно-технических конференциях ОАО «Ги-прониигаз» (Саратов, 1982-2008); научно-технических советах ОАО «Росгазифи-кация (Москва, 1990, 1997, 2002), ОАО «Регионгазхолдинг» (Москва, 2003), ГРО России (Тверь, 2008), ЗАО «Джи Ти Севон» (Кузнецк Пензенской области, 2008), ОАО «Пензахиммаш» (Пенза, 2003); отраслевом семинаре Мингазпрома «Повышение технического уровня и качества продукции на основе достижений научно-технического прогресса газовой промышленности» (Москва, ВДНХ СССР, 1989); научно-технической конференции «Пути и методы рационального использования сжиженного и природного газов в промышленных, коммунально-бытовых и сельскохозяйственных производствах» (Киров, 1988); Техническом совете ПО «Тю-меньгазификация» (Новый Уренгой, 1988); межвузовской научно-технической конференции (Саратов, Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова, 2003).
Публикации и личный вклад автора. По теме диссертации опубликовано 42 печатные работы (13 из них - в научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ), в т.ч. 3 свидетельства и патента, 3 нормативных документа.
Автору принадлежат постановка задач исследований, их решение, разработка новых технических решений СКЗ, непосредственное участие в экспериментальных и опытно-промышленных испытаниях, анализ и обобщение результатов исследований, внедрение результатов исследований, формирование научного направления.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 242 наименования. Она содержит 305 страниц машинописного текста, 32 рисунка, 15 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель работы и задачи исследований, показаны научная новизна и практическая ценность работы.
В первой главе приводятся характеристика производственных объектов хранения и распределения СУГ, состояние промышленной безопасности и выбор способа расположения РТ, анализируются существующие методы и конструкции пассивной и активной защиты подземных установок СУГ от опасных воздействий, осуществляется выбор направлений исследований по повышению эффективности и безопасности эксплуатации резервуарных установок СУГ.
В результате проведенного анализа выявлены высокая пожаро-, взрыво- и экологическая опасность и связанная с этим необходимость отчуждения дополнительных территорий для увеличения противопожарных разрывов. Наличие суровых климатических условий на территории Российской Федерации существенно ограничивают применение надземно расположенных сосудов СУГ и предопределяет широкое использование подземных установок хранения, значительно уменьшающих влияние указанных обстоятельств. Аварийные ситуации на подземных РТ СУГ обусловлены, в основном, коррозионными повреждениями их стальных стенок, при этом характер и масштаб повреждений указывают на необходимость нанесения на резервуары защитных покрытий и применения установок катодной поляризации. Существующие типы защитных покрытий, рекомендуемые нормативными документами для подземных РТ, не обеспечивают необходимую защиту. В частности, полимерные липкие рулонные материалы не дают качественного прилегания в местах крутого изгиба эллиптических днищ; битумно-полимерные защитные покрытия имеют низкую ударную прочность и низкое качество изоля-
ции эллиптических днищ, легко повреждаются при монтаже и эксплуатации, быстро стареют. Установки активной защиты не обеспечивают постоянного автоматического контроля за состоянием наружных поверхностей стальных стенок РТ, требуют периодической корректировки своих расчетных параметров и защищают только от электрохимической коррозии. Высокая стоимость систем катодной защиты, низкий уровень их заводской готовности, высокие эксплуатационные затраты, связанные с оплатой электроэнергии, потребляемой катодной станцией, содержанием службы катодной защиты, поддержанием лицензионных документов, существенно снижают их экономическую эффективность.
Вопросам повышения безопасности эксплуатации резервуаров и трубопроводов и разработке методов их защиты от опасных воздействий посвящены работы Маршалла B.C., Барда В.Л., Кузина A.B., Бесчастнова М.В., Малки-на B.JL, Ткаченко В.Н., Усачева А.П., Болодьяна И.А., Шебеко Ю.Н., Зиневи-ча A.M., Линдлара В.Ю., Кравец В.А., Глазкова В.И. и других ученых. Характерным для известных работ являются рассмотрение отдельных видов защиты РТ, например от коррозии, отсутствие комплексного подхода к вопросам повышения безопасности и системного анализа всей совокупности опасных внешних воздействий на установки хранения и распределения газового топлива.
Отсутствие в настоящее время систем комплексной защиты РТ СУГ, оснащенных устройствами постоянного контроля опасных повреждений их элементов, требует проведения системного анализа и учета всех определяющих факторов, разработки и исследования на их основе СКЗ, лишенных существующих недостатков.
Вторая глава посвящена разработке системы комплексной защиты с требуемыми параметрами подземных резервуаров и трубопроводов СУГ и созданию метода оценки соответствия разработанной СКЗ этим параметрам.
В целях создания СКЗ с требуемыми параметрами на основе системного подхода были разработаны основные положения, описанные алгоритмом, приведенным на рисунке 1.
1 - техническая характеристика резервуара, трубопровода СУГ и систем их защиты; 2 - цель разработки - защита от опасных воздействий; 3 - выявление, анализ и структурирование опасных внешних воздействий на РТ: §в, gэC, gк,
ёсуп, Вм, Упутан! 4 - выявление целевых функций: Риид; укор; ^^Уу,; 5-
выявление результатов опасных внешних воздействий и последовательности их возникновения; 6 - задание величин целевых функций: ринд ¿щ-' 1 / год ;
Укор= 0; 1™ах < 45 °С; Ууг = 0; 7 - разработка предложений по исключению или
уменьшению результатов каждого из опасных внешних воздействий с выполнением требований п. 6; 8 - разработка модели СКЗ РТ; 9 - разработка новой конструкции СКЗ на основе модели; 10 - проверка соответствия заданному уровню требований. Расчет величин Р„„д, укор, I™3", Уп для разработанной конструкции СКЗ
Рисунок 1 - Алгоритм создания СКЗ РТ СУГ с требуемыми параметрами
Согласно предлагаемому алгоритму, на первом этапе выявлены и проанализированы опасные внешние воздействия на подземные РТ СУГ и систему их защиты. Результаты проведенного анализа представлены на рисунке 2. Исходя из подхода к объекту разработки как к целостной системе, СКЗ (П]) есть единая совокупность подсистем, объединенных одной общей целью - обеспечением
комплексной защиты резервуаров и трубопроводов, запорно-предохранительной арматуры от опасных воздействий, обусловленных коррозией, нагревом, механическими воздействиями, протечками в разъемных соединениях, арматуре, ошибками и несоблюдением норм при проектировании, изготовлении, эксплуатации.
—- опасные внешние воздействия;
- результаты опасных внешних воздействий
Рисунок 2 — Структурная схема внешних воздействий на подземные РТ СУГ
СКЗ включает в себя подсистемы пассивной (п2) и активной (п3) защиты границ РТ.
Отличительным элементом алгоритма является выявление целевых функций, математически описывающих цель разработки - защиту от опасных воздействий. В качестве целевых функций и заранее задаваемых нормативных параметров, которым они должны удовлетворять, приняты:
1) индивидуальный риск Ршш, для которого согласно ГОСТ Р 12.3.047-98 «Пожарная безопасность технологических процессов» в качестве нормативного параметра установлена следующая вероятность возникновения пожара и взрывной волны в результате опасных воздействий:
Ри„д = 1 Qb." Ов.п +SQf qfin sio-8 ; (о
1=1 i«i
2) уровень коррозионной агрессивности на наружной стальной поверхности резервуара и трубопровода укор в зависимости от массовой доли воды gB, электропроводящих солей gj с, сульфатов &ул, кислорода gn водорода g„.j, для которого установлено нулевое значение:
Укор. = f(gB, g3 с, gK, gcj-л, ge-д) = 0; (2)
3) максимальная температура грунта t™3* на глубине h = 0,5 м, наблюдаемая в
момент времени т = 8 ч после возникновения нагрева со стороны его поверхности с температурой t„ при начальной температуре грунта trp н на глубине h = 0,5 м в момент времени т= 0:
h
2 2\/ат 2
t™ =1фН-[1 -(-Г J е_Е )] (Ц н -1„) < 45 °С, (3)
Q
h
2 2
где ~]= Iе - табулизированная функция ЬСрампа; Vn 0
4) суммарная величина утечек СУГ из подземных резервуара и трубопровода в окружающую среду Vyr в зависимости от величин утечек СУГ с наружной поверхности n-ого элемента подземных РТ Vnyr (сосуда для хранения, крышки-фланца, разъемных соединений, первой запорной и предохранительной арматуры и автоматики), для которой установлено нулевое значение:
v,T= 5X^ = 0. (4)
Проведенный анализ показывает, что механизм образования повреждений РТ и систем их защиты от опасных воздействий складывается из пяти этапов, протекающих в строго определенной последовательности от п. 1.1 до п. 1.5
(рисунок 3).
Рззулытпы воздействий
на РТ и сисгю- урсвня цгихзащлы требований
Разработка подали СКЗ подземные РГСУГ
С 1.5 2.5 [35
i
( 1.4 2.4 }—[ЗА
[ 1.3 )—( 2.з faJ"
( 1.2 }—{ 2.2 )—(~32
QTHS
ST 3.11- 312
1.1 - сквозные повреждения защитного футляра (пассивной защиты) подземных РТ СУГ; 1.2 - нарушение или отсутствие механизма контроля и оповещения о функционировании системы пассивной защиты;
1.3 - нарушение режима работы активной защиты стенок подземных РТ СУГ;
1.4 - нарушение или отсутствие механизма контроля и оповещения о функционировании системы активной защиты; 1.5 - утечки СУГ в окружающую среду; 2.1 - требования к футляру и кожуху: 2.1.1 - прочность футляра при ударе не менее 30 Дж/(кг-см); 2.1.2 - переходное электросопротивление после монтажа не менее 105 Ом-м2; 2.1.3 - отсутствие пробоя при напряжении 5кВ/мм толщины футляра; 2.1.4
предел огнестойкости кожуха не менее
150 мин; 2.2 - оснащение системами постоянного контроля герметичности защитного футляра с обеспечением автоматической сигнализации о разгерметизации; 2.3 - режим работы активной защиты не должен зависеть от изменения коррозионных и механических характеристик окружающего грунта и воздуха; 2.4 - оснащение системами постоянного контроля герметичности РТ СУГ с обеспечением автоматической сигнализации о разгерметизации; 2.5 - возможность безопасного предотвращения любой вероятной утечки СУГ с образованием локальных зон загазованности концентрацией более 20 % нижнего концентрационного предела воспламенения газовоздушной смеси с вероятностью Р„„л < 10"8; 3.1 - предложения по футляру и кожуху: 3.1.1 -футляр, обеспечивающий герметичность оболочки вокруг наружной поверхности стального сосуда и трубопровода СУГ; 3.1.2 - теплоизолированный герметичный кожух для защиты разъемных соединений, запорных и предохранительных устройств РТ от нагрева и механических воздействий; 3.2 - постоянный автоматический контроль герметичности защитного футляра с обеспечением звукового и/или светового сигнала обслуживающему персоналу; 3.3 - обеспечение зазора между резервуаром, трубопроводом СУГ и футляром с организацией активной защиты внутри образовавшегося межстенного пространства путем заполнения его инертной средой; 3.4 - постоянный автоматический контроль одного из параметров инертной среды: давления, содержания водяных паров, кислорода и др. с обеспечением звукового и/или светового сигнала обслуживающему персоналу; 3.5 - локализация утечки СУГ из РТ путем образования наружного герметичного футляра; 4 - модель СКЗ: 4.1 - подземная часть РТ СУГ заключена в герметичный футляр с наличием между ними пространства, заполненного ИГ, с организацией устройства постоянного контроля герметичности межстенного пространства, обеспечивающего автоматическую сигнализацию о разгерметизации как внутреннего сосуда СУГ, так и футляра; 4.2 - надземная часть РТ (запорные устройства) заключена в герметичный теплозащитный кожух, заполненный ИГ, с организацией постоянного контроля давления и температуры в его верхней части; 5 - разработка конструкции СКЗ подземных РТ СУГ; 6 - проверка соответствия заданного уровня требований: P,„u < 10'8; укф = 0; t™ax<45°C; V„ = 0
Рисунок 3 - Алгоритм создания СКЗ подземных РТ СУГ
В результате системного анализа (рисунок 1) впервые разработан метод создания СКЗ, позволяющий на основе выявления и анализа опасных воздействий на подземные РТ СУГ (рисунок 2), поиска целевых функций [формулы (1) ~ (4)] и задания им минимальных нормативных значений получить модель СКЗ подземных РТ СУГ с заранее заданным уровнем требований (рисунок 3). Применение модели уменьшает вероятность разгерметизации с 10"3 год"1 для существующих аналогов до 10"8год"'.
На основе модели разработаны новые технические решения комплексной защиты путем заключения РТ в защитные футляры, заполненные осушенным азотом с автоматическим контролем верхней и нижней границ давления, приведенные на рисунке 4.
Здесь постоянный автоматический контроль возможности утечек СУГ, коррозии и нагрева осуществляется с помощью двухпозиционного прибора контроля давления, который настроен по своей верхней позиции 33 на срабатывание при
давлении больше расчетного Рр на величину его допустимого повышения ЛРд0П за счет утечек СУГ в пространство 24 при разгерметизации стенок внутреннего сосуда 19, стенок соединенного с ним внутреннего трубопровода 20 и запорной
о Р
1 - кожух для запорных устройств и автоматики; 2 - крышка сосуда СУГ; 3 -запорный кран; 4 - электромагнитный клапан; 5, 6 - сбросные клапаны; 7 -датчик утечки СУГ; 8 - патрубок; 9 -стенка кожуха 1; 10, 14 - теплоизоляция;! 1 - футляр сосуда СУГ; 12 - уплотнение; 13 - крышка кожуха 1; 15 -датчик температуры; 16 - блок управления; 17,18 - световой и звуковой сигнализаторы; 19 - сосуд СУГ; 20 - трубопровод СУГ; 21,35 - сбросная труба; 22, 26, 29, 31, 32, 41 - патрубки инертного газа (ИГ); 23, 27, 28, 40 - отключающие устройства инертного газа; 24, 38 - межстенное пространство; 25 - инертный газ; 30 - футляр трубопровода СУГ; 33, 34 - верхняя и нижняя границы давления инертного газа; 36 - отключающее устройство СУГ топливораздаточной колонки; 37 - заборное устройство СУГ
Рисунок 4 - Конструкция СКЗ РТ
арматуры 3, 4; по своей нижней позиции 34 - на срабатывание при давлении меньше расчетного Рр на величину его допустимого понижения ЛР"0П за счет утечек инертного газа 25 из межстенного пространства (МП) 24 в окружающую среду при разгерметизации стенок наружного полимерного футляра 11 сосуда 19, стенок соединенного с ним футляра 30 трубопровода 20, кожуха 1. Предохранительные сбросные клапаны 6 и 5 с присоединенными к ним сбросными трубопроводами 35 и 21 предназначены для устранения утечек СУГ при разгерметизации стенок внутреннего сосуда 19, запорных устройств 3,4 и дальнейшем увеличении давления инертного газа 25 выше (Рр + ДРд0П) на величину предельного повышения давления ДРпр.
По результатам создания конструкции СКЗ разработаны Технические предложения по повышению безопасности и снижению стоимости многотопливных и газовых автозаправочных станций, одобренные письмом ФГУ ВНИИПО МВД России № 43/3.5/1198 от 23.04.2001 г.
Третья глава посвящена определению расчетных параметров СКЗ подземных РТ СУГ, заключенных в футляр, заполненный инертным газом.
В результате расчетов по целевой функции (3) установлено, что защита всех элементов РТ СУГ от нагрева решается за счет их подземного размещения. В то же время со стороны грунта на РТ СУГ имеют место коррозионные воздействия, различные по типу и степени агрессивности.
Для протекания различных типов коррозии стальных сооружений необходимо одновременное наличие в окружающей их среде определенных коррозионных агентов, например для химической - воды и кислорода, электрохимической - воды и электропроводящих солей.
Было установлено, что наиболее приемлемой инертной средой, используемой в МП подземных РТ СУГ, является газообразный азот по ГОСТ 9293 - 74 не ниже первого сорта с содержанием азота не менее 99,6 % объемн., содержанием кислорода не более 0,4 % и абсолютным влагосодержанием 0,054 г водяных паров на один кг ИГ при температуре 20 °С и давлении 101,3 кПа. При понижении температуры в МП ниже точки росы водяные пары конденсируются, образуют водяные
скопления и создают реальные предпосылки для протекания различных видов коррозии при наличии в газообразном азоте и на наружных поверхностях РТ кислорода, электропроводящих солей, других коррозионных агентов. В МП указанные коррозионные агенты могут попасть в результате ненадлежащего проведения операций при изготовлении, хранении, транспортировании, продувке.
Проведенный анализ показывает, что параметрами, устанавливающими границы режимов нормальной эксплуатации СКЗ без коррозии наружных поверхностей РТ, являются избыточное давление инертного газа в МП; относительная влажность и температура конденсации водяных паров, содержащихся в ИГ.
Величина минимального давления инертного газа в межстенном пространстве, при котором дальнейшая нормальная эксплуатация не гарантируется и когда в связи с этим может произойти срабатывание двухпозиционного прибора контроля давления, определяется как
На температуру, а следовательно и давление инертного газа в футляре, оказывают существенное влияние как температура окружающего грунта, изменяющаяся по закону гармонических колебаний, так и температура СУГ.
В результате исследований впервые получены аналитические зависимости (5) - (10) для определения основных эксплуатационных параметров ИГ в межстенном пространстве РТ и кожухе, при которых обеспечивается нормальная эксплуатация предлагаемых СКЗ подземных РТ СУГ при отсутствии коррозии наружных поверхностей РТ:
(5)
АР" < рИ, ШС,п +1итУ2]-1„П %
(6)
; (?)
.max ^.max _
'u — 'r
O max _+rrax\ г lip /
-H-
^[psfy-tp^/aj **
0,69
pg53(tr-tDv
v2
-t0,25
d" -P
и x и
К R„.
1 + -
R„/R„
P„„(c)
(9) (10)
С целью определения основных эксплуатационных параметров инертного газа, при которых обеспечивается нормальная эксплуатация предлагаемых СКЗ подземных РТ СУГ, по формулам (5) - (10) были проведены соответствующие вычисления, в результате которых получены следующие расчетные величины: минимальная температура tHm,n = минус 31,2 °С, максимальное значение относительной влажности фишах=35%, допустимое снижение давления ДРд0П = 0,0145 МПа. Дополнительные расчеты по формуле (9) показывают, что конденсация водяных паров на наружных поверхностях РТ при рабочем абсолютном давлении Ри = 136325 Па будет иметь место при температуре тр = минус 39,5 °С. Согласно формуле (10) следует, что конденсация водяных паров на наружных поверхностях, заключенных внутри МП РТ СУГ, и как следствие, любые виды коррозии полностью исключаются.
Величина расчетного избыточного давления инертного газа Рр внутри герметичного кожуха принята равной 0,035 МПа. Величина минимального избыточного давления инертного газа Р ;;„„ в МП по формуле (5) составит 0,0205 МПа. Аналогично, принимая АР^011 = ДР"„„, величина максимального давления инертного газа P¡„„ = Рр + ДРд„пВ = 0,035 + 0,0145 = 0,0495 МПа.
С учетом возможных утечек инертного газа из футляра в окружающую среду или СУГ из РТ в футляр, обусловленных опасными внешними воздействиями, предельные значения нижней и верхней границ избыточного давления газообразного азота в межстенном пространстве, при котором осуществляется срабатывание двухпозиционного прибора контроля давления, принимаются равными соответственно: Рпр н = 0,015 МПа и Рпр в = 0,055 МПа.
Экспериментальная проверка полученных зависимостей (5) - (10) для оп-j ределения основных эксплуатационных параметров, устанавливающих границы режимов нормальной эксплуатации предлагаемых СКЗ подземных РТ СУГ, проведенная на опытно-промышленном образце подземной резервуарной установки СУГ объемом 12 м3, размещенной в г. Пензе на территории многотопливной АЗС компании ООО «Лукойл - Средневолжскнефтепродукт», показала хорошую сходимость.
Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 5.
Я
Рис.5. Схема экспериментальной установки 1 - защитный герметичный футляр; 2- внутренний сосуд; 3-трубка для заполнения газообразным азотом; 4 - межстенное пространство, заполненное газообразным азотом; 5 - продувочный трубопровод; б - газоанализатор химический переносной; 7-измерительный преобразователь температуры и влажности серии ИПТВ-206/МЭ-03; 8 - шахта для измерения температуры грунта вытяжным термометром; 9 - показывающий.лабораторный манометр; 10 - сигнализирующий манометр; 11-электроизмерительная система
Теоретические значения изменения расчетного давления и относительной влажности в зависимости от температуры инертного газа, вычисленные по фор-
мулам (5) - (10) при исходных данных, имевших место при проведении натурных испытаний опытно-промышленного образца СКЗ подземной резервуарной установки, приведены на графике (рисунок 6). На оси абсцисс начало отсчета -месяц июнь.
Пгриод эксплуатации СКЗ. мгс
- — теоретические значения давления и
влажности; £1 — экспериментальные значения; ---— линия конденсации водяных паров
Рисунок 6 - Изменение параметров СКЗ в течение годового цикла испытаний
с
Здесь же для сравнения приведены экспериментальные значения давления и относительной влажности газообразного азота в межстенном пространстве. Результаты экспериментальных исследований подтверждают аналитические зависимости. Средние отклонения теоретических и экспериментальных значений изменения давления составляют 9,8 %; относительной влажности — 13,4 %.
Из графика видно, что значения относительной влажности на протяжении всего холодного периода ниже линии конденсации водяных паров.
Расчеты по формулам (1) - (10) показали, что предлагаемая конструкция СКЗ РТ полностью удовлетворяет разработанной модели и алгоритму (рисунки 1 - 3).
По результатам определения эксплуатационных параметров разработан СТО 17446935-1-2008 «Технические решения по обеспечению герметичности установок хранения и распределения сжиженных углеводородных газов путем заключения их в футляр с азотом».
Четвертая глава посвящена разработке методических положений и проведению обоснования и оптимизации СКЗ РТ баз хранения СУГ.
Вопросы технико-экономического обоснования и оптимизации сложных технических систем в условиях значительной неопределенности исходной ценовой информации требуют применения достоверных методов экономического анализа. Отдельные аспекты этой важной проблемы освещаются в работах Берх-мана Е.И., Усачева А.П., трудах Сибирского института системных исследований РАН и других работах. Следует отметить, однако, что предложенные авторами решения получены в детерминированной постановке, не учитывают влияние неопределенности исходной экономической информации, прямых и обратных внешних связей и ряд других факторов.
В целях получения универсального и достоверного решения задачи оптимизации разработан метод структурирования СКЗ и ее отдельных подсистем, звеньев и элементов. В основу системного подхода при оптимизации СКЗ подземных РТ СУГ положены известные методические разработки, включающие такие его положения, как четкая постановка цели исследований, структурирование, учет влияния внешних связей, иерархический подход, учет динамики развития системы, неопределенности исходной информации и надежности, математическое моделирование и оптимальность полученных результатов. Базируясь на принципах аналогии систем одинакового назначения, метод позволяет приводить все варианты СКЗ, независимо от вида используемых в них защитных агентов, к одинаковой структуре.
В настоящее время для защиты подземных РТ АГЗС и РУ ПиЖКП нашли применение два сопоставимых варианта СКЗ, приведенные на рисунке 7 применительно к подземным резервуарам СУГ. Вариант1 (рисунок 7, а) - СКЗ: 1) от коррозии с помощью защитных покрытий и установок катодной защиты; 2) от нагрева, утечек с помощью второго стального сосуда. Вариант II (рисунок 7, б) -СКЗ путем заключения сосуда СУГ в полимерный футляр, заполненный азотом.
На основе принципа аналогии систем одинакового назначения составлена структурная схема ¡-ого варианта СКЗ применительно к подземным резервуарам СУГ на иерархическом уровне подсистем г, звеньев элементов р, приведенная на рисунке 8.
Рзш
а - вариант I (базовый); б - вариант II (предлагаемый)
Рисунок 7 — Схемы конкурирующих вариантов СКЗ применительно к подземным резервуарам СУГ
- устройство удаления паров СУГ; Лог -футляр для локализации утечек СУГ; Л/21 -защитные покрытия; .Гш - приборы автоматического контроля герметичности защитного покрытия; .Тан - установка поддержания и изменения потенциала защитного агента; ^12 - соединительные коммуникации и отключающие устройства; Лцз - устройства распределения ЗА; .1,14 - приборы, показывающие потенциал ЗА; ^15 - приборы автоматического контроля изменения потенциала ЗА;
РШ1 - сбросной клапан; Рш2 - сбросная труба; Р,щ - запорный кран для заполнения ЗА; Рда2 - стенка сосуда для локализации утечек СУГ; Р,2п - огнезащитное покрытие; Ршг -антикоррозионное покрытие; Р!221 - устройство автоматического контроля; Рш2 - устройство светового оповещения; Ря23 - устройство звукового оповещения; Рпи - сосуд для хранения ЗА; Рпи - регулятор потенциала ЗА; Рил - соединительные коммуникации; Рц22 - отключающие устройства; Рцл - распределительные устройства; Ризг - отключающие и регулирующие устройства; Рц41 - показывающие устройства; Рн42 - отключающие и переключающие устройства; Рц51 - устройство автоматического контроля; Рц52 - устройство светового оповещения; Р,ш - устройство звукового оповещения
Рисунок 8 — Структурная схема СКЗ применительно к подземным резервуарам СУГ
В общем случае имеется i-oe количество вариантов СКЗ подземных РТ СУГ, каждый из которых имеет одинаковую структуру и включает z-oe количество подсистем более низкого иерархического уровня. При этом каждая z-ая подсистема содержит j звеньев, а каждое звено содержит р элементов. Каждый из i-ых вариантов СКЗ подземных резервуаров и трубопроводов баз хранения СУГ, использующих в качестве защитного агента (ЗА) электроэнергию i = 1, инертный газ i = 2 или другой защитный агент, включает следующие подсистемы: Хц - подсистему активной защиты; za - подсистему пассивной защиты; za — подсистему локализации и рассеивания СУГ. Индексы в обозначении z указывают (читать справа налево) номер подсистемы и номер i-oro варианта СКЗ. Например, z12 -подсистема № 2 i-ой системы № 1. Каждый из вариантов СКЗ РТ СУГ получает i-ый защитный агент из более общей системы, которая по отношению к ней является внешней (см. рисунок 8) по расчетной стоимости Сщ = C¡z (сплошная линия), комплексно учитывающей всю совокупность экономических, социальных, экологических и других связей и критериев. Корректирующее влияние СКЗ на внешнюю систему снабжения осуществляется через обратную связь (пунктирная линия) с помощью коэффициента ее полезного действия г|,2. Величина и характер ци в значительной степени определяются функциональными особенностями работы z-ой подсистемы активной защиты. В свою очередь, любая из подсистем z, например z¡i (подсистема активной защиты), включает j свойственных ей звеньев: j.n -установку поддержания и изменения потенциала ЗА (индекс расшифровывается справа налево как j-oe звено № 1, z-ой подсистемы № 1, i-oro варианта СКЗ); j¡i2 ~ соединительные коммуникации и отключающие устройства; j¡i3 - устройство распределения ЗА; j¡i4 - приборы, показывающие потенциал ЗА; j¡15 - приборы автоматического контроля и оповещения о недопустимом изменении потенциала защитного агента. Каждое из j-ых звеньев СКЗ, например звена j,n подсистемы z,i, включает р свойственных ей элементов: рЦц - сосуд для хранения защитного агента (индекс расшифровывается справа налево как р-ый элемент № 1, j-oro звена № 1, z-ой подсистемы № 1, i-ой системы); р.ш - регулятор изменения потенциала ЗА.
Математическое моделирование осуществляется в условиях неопределенности конвертирования ценовых факторов для временного интервала 1 = 0,1,2,...,Т.
Предлагаемая математическая модель обоснования и оптимизации СКЗ резервуаров и трубопроводов баз хранения СУГ включает в себя принципиальную и структурную схемы (рисунки 7 и 8), целевую функцию (11), уравнения внешних связей (12), систему балансовых уравнений (13) , (14), систему ограничений управляющих параметров (15) и впервые учитывает динамику развития СКЗ и иерархию ее функционирования в условиях неопределенности экономической информации.
В качестве критерия оптимальности целевой функции принят минимум удельных интегральных затрат в СКЗ:
3,=£ atC izt G ¡я riz !у)]П (FjP) + Z X G af[ £" 4izjp(Fip,d,H,S,hK,L,)+
j=l f=l p=l
P TM
+ X Ho'Ki7jp-( Fip,d,H,S,hK,Li)] +X atn,X Hi7jm(Fip,d,H,S,h,<,L,)} = min; (11)
p=p„i »i=i
at = (l+E)-'; af=(l+E)_/^; Giz = Gn.iz/^iz; Hizjp- IJizjf/Fip) k,zjp- Kizjp/Fip; Hjzjp- Hlzjp/Fip;
т
Cizt = Сы В, B2 П kc,; Tliz = f(G„ Fp,). (12)
i
Система балансовых уравнений для СКЗ и ее внешних связей за весь срок функционирования имеет следующий вид.
1. Уравнение баланса защитного агента G itj отпускаемого из внешней системы и полезноиспользуемош ЗА Gnizt в i-ом варианте СКЗ при коэффициенте полезного действия r|izt:
т т z
Z Git=Z Е Gn ia / Л izt- (13)
1=1 1=1 Z=1
2. Уравнение гидравлического (аэродинамического, электродинамического) баланса для каждого защитного агента z-ой подсистемы СКЗ:
(Р' + ДР-Р'% = 0. (14)
Здесь Р', Р" - давление (напряжение) защитного агента на исходящей (' ) или входящей ( " ) 1-ой связи 2-ой подсистемы СКЗ, Па (В), а ДР - перепад давления (напряжения) в г-ой подсистеме СКЗ, Па (В).
Система ограничений управляющих параметров функции (11):
Н=Нт1„,Нт„; ё= с!,^ ; 8=8т)п,8тах; (15)
— ь,шш,ь,тах , Ьк Ьктш,Ьктах.
Математическая модель оптимизации СКЗ позволяет на базе системного подхода приводить все конкурирующие варианты СКЗ к единой структуре и реализует сопоставимость конкурирующих СКЗ резервуаров и трубопроводов баз хранения СУГ по одинаковости границ и учету всех затрат; количеству агента С1Ь подведенного ¡-ому варианту СКЗ; срокам службы систем и отдельных ее элементов; изменению расчетной цены Си на 1-ый защитный агент во временной динамике согласно (11); надежности и сезонности поставок.
Минимизация целевой функции (11) с учетом (12) - (15) в общей постановке затруднительна ввиду большого объема и разнообразия функциональных связей. Поэтому комплексная оптимизация СКЗ резервуаров и трубопроводов баз хранения СУГ предусматривает ряд взаимосвязанных подзадач, последовательность решения которых определяет иерархию построения математической модели.
К числу задач, решаемых на первом иерархическом уровне, относится обоснование варианта СКЗ РТ СУГ. Для обоснования варианта СКЗ РТ СУГ использовалась математическая модель (11) - (15) с введением следующих упрощающих допущений: управляющие параметры ё, Н, Б, Ьк, Ь] (рисунки 9, 10) переведем в разряд исходных данных с их подбором согласно известным литературным источникам; сметные показатели СКЗ укрупнены и включают в себя стоимость оборудования и дополнительные капвложения на его установку; сооружение СКЗ осуществляется в течение одного года с последующим выходом объекта на проектную мощность при постоянном уровне эксплуатационных издержек.
Тогда с учётом принятых допущений целевая функция (11) примет вид
т v1 v"1 f г
3i=2 a,C iaGiavjr\l7t (Fjp) + X L (¿oKizj(FipyiX af+№l at-cpizj] = min; (16)
l-l Z=I f-1
at=(l+E)",; af=(l+E)-^"; Giz= Gn.iz^,z; Klzjp= Kizjp/Fp.
Реализация целевой функции (16) в такой постановке требует наличия достоверной информации в части стоимостной оценки составляющих затрат по СКЗ РТ баз хранения. Отсутствие надежной информации о ценовой динамике, особенно на перспективу, сложность и противоречивость инфляционных процессов затрудняют применение детерминированных математических моделей и требуют разработки специальных методических подходов к решению задачи.
Характерной особенностью современного этапа реформирования отечественной экономики является перевод энергоносителей, в том числе и при использовании их в качестве защитных агентов, на мировой уровень цен. Переход на мировые цены - важнейшая задача отечественной экономики, решение которой является предпосылкой широкой интеграции России в мировое экономическое сообщество.
В этой связи при реализации математической модели стоимостная оценка энергоносителей, в том числе и при использовании их в качестве защитных агентов, осуществлялась в расчетных ценах, ориентированных на мировой уровень (выраженных в долларах США по курсу 2007 года без учета инфляционной составляющей).
В отличие от стоимости ЗА другие компоненты целевой функции (16), такие как капитальные вложения и эксплуатационные расходы, не имеют мировых аналогов, поскольку основные составляющие указанных затрат, как то: стоимость местных материалов, зарплата, транспортные расходы и др., полностью определяются региональными особенностями. Поэтому при исчислении капитальных вложений и эксплуатационных расходов использовались отечественные цены (выраженные в долларах США по курсу 2007 года), индексированные с помощью коэффициентов р„ и ц« с учетом удорожания ТЭР при переводе последних на расчетные цены.
Поскольку влияние удорожания энергетических ресурсов и защитных агентов на увеличение капитальных вложений и эксплуатационных расходов
точно учесть не представляется возможным, в расчетах использовались две границы затрат:
- нижняя граница, когда удорожание энергоносителей и защитных агентов не влияет на стоимостную оценку затрат, поэтому коэффициент индексации принимается равным своему минимальному значению: Цо= ц<Г'п= 1; Ц(= Ц™" = 1;
- верхняя граница, когда затраты индексируются пропорционально удорожанию энергоносителей и защитных агентов, т.е. когда коэффициент индексации принимается равным своему максимальному значению: ц0 = ц0тах;
Наличие двух уровней затрат обуславливает зону экономической неопределенности, в пределах которой сравниваемые варианты СКЗ являются равно-экономичными.
При этом, как показывает дополнительный анализ, максимальная погрешность детерминированного решения задачи при ц0 = (Цо"™ +ц0тах)/2 и = (д,тт + д1шах)/2 не превышает 17,5 %, что вполне достаточно для практических инженерных расчетов.
Сравнение конкурирующих вариантов осуществляется с учетом их сопоставимости, и в первую очередь, по назначению, т.е. по защите подземного резервуара объемом 10 м3 и трубопровода наружным диаметром 57 мм от опасных воздействий:
вариант № 1 - существующая СКЗ от коррозии с помощью защитных покрытий весьма усиленного типа на основе битумно-полимерной мастики толщиной 9,5 мм и установок катодной защиты; защита от нагрева, механических воздействий, утечек СУГ осуществляется с помощью второго стального сосуда и защитного кожуха в соответствии с рисунком 7, а;
вариант № 2 - предлагаемая СКЗ путем заключения подземных РТ и арматуры в полимерный футляр и защитный теплоизолированный кожух, заполненные азотом с контролируемыми параметрами, в соответствии с рисунком 7, б.
Экономические показатели на оборудование принимались согласно данным фондовой биржи. По результатам расчетов для существующего и предлагаемого вариантов при удельных затратах в подсистему пассивной защиты 32,5 и 105,4 долл./м2, в подсистему активной защиты 154,4 и 25,6 долл./м2, в
получение защитных агентов 14,2 и 1,15 долл./(м2тод) соответственно, экономия от применения СКЗ путем заключения РТ в полимерный футляр, заполненный азотом, составляет 80,7 %.
Резервуары баз хранения СУГ являются центральным звеном технологической цепочки снабжения потребителей сжиженным углеводородным газом. Большая материалоемкость двустенных резервуаров, сложность и трудоемкость монтажных работ обуславливают высокую стоимость строительства. В этой связи обоснование оптимальных размеров, конфигурации полимерного футляра с заключенным внутри него сосудом, способа его установки является важным резервом повышения экономичности баз хранения СУГ. Традиционная технология монтажа подземного резервуара в защитный футляр, укрепленный радиальными ребрами жесткости с его наружной стороны, предусматривает полную обратную засыпку котлована песком с вывозом вынутого грунта в отвал. В развитие конструкций и способов монтажа подземных резервуаров разработана альтернативная технология, предусматривающая установку резервуара в полимерный ударопрочный футляр, укрепленный радиальными ребрами жесткости с его внутренней стороны и имеющий гладкую наружную поверхность с антифрикционными свойствами (патент № 18564 от 27.06.2001 г.), и позволяющая осуществлять обратную засыпку котлована ранее вынутым грунтом без вывоза его в отвал.
В этой связи на втором иерархическом уровне для обоснованного на первом уровне варианта СКЗ осуществляется определение оптимальной формы основного ее элемента - полимерного футляра с заключенным внутри него сосудом СУГ. Форма полимерного футляра Ф характеризуется отношением его длины по эллиптическим днищам Н к диаметру с!, т.е. Ф = Н / II, откуда Н = Фч1 (рисунок 9).
Согласно общей математической модели оптимизации (11) - (15), полимерный футляр диаметром с1 и длиной Н включает в себя цилиндрическую обечайку и два эллиптических днища. Конструктивно обечайка и днища выполняются толщиной Б с внутренними поверхностями, укрепленными кольцами жесткости толщиной 1, расположенными через расстояние Ь( (рисунок 10).
Капитальные вложения Кгг в установку полимерного футляра 1 с сосудом 2 СУГ, расположенного подземно в котловане 5, включают в себя стоимость К21 полимерного футляра 1, стоимость К22 расположенного внутри него сосуда 2, стоимость К2з отчуждаемой территории 3, капитальные вложения К24 в устройство фундаментов 4 под футляры 1, капитальные вложения К25 в разработку котлована 5, капитальные вложения К26 и К27 в устройство наружного ограждения 6 и отсыпки 7 над поверхностью материкового грунта вокруг футляров.
Н*
0,5 ,0,5 а , ¡о I с/ 0,51 | 0,5
3
п. гт
V. У * V У
0,5 0,5 Фс1 0,5
Ъ
0,5
а)
б)
а - фронтальный вид; б - план
Рисунок 9 — Расчетная схема определения оптимальной формы защитного футляра при групповом расположении подземных резервуаров СУГ
Для определения оптимальной формы полимерного футляра с заключенным внутри него сосудом СУГ использовалась математическая модель (11) - (15) с введением следующих упрощающих допущений: системы СКЗ осуществляется в течение одного года; параметры, характеризующие конструкцию внутреннего оребрения футляра, переводятся в разряд исходных данных с их подбором согласно известным литературным источникам; сметные показатели СКЗ укрупнены и включают в себя стоимость оборудования и дополнительные капвложения на его установку, срок службы всех подсистем футляра с сосудом СУГ является одинаковым.
Расчетная схема определения оптимальных соотношений Н/<1 полимерных футляров для базы хранения из двух резервуаров СУГ, расположенных в котловане подземно, приведена на рисунке 9.
Выбор оптимальной конфигурации с учетом вышеуказанных допущений сводится к минимизации капвложений в групповую установку из двух полимерных футляров с заключенными внутри них сосудами СУГ:
£ К22 (Н/с1) = тш. (17)
Ниже приведены аналитические зависимости для определения капитальных вложений К22 по всем элементам групповой установки из двух полимерных футляров с заключенными внутри них сосудами СУГ:
К21 = 2-кп.ф • рп.ф • я ■ <12(Ф+0,69)-(Рп ф(1 % /2<тп.ф); (18)
К22 = 2-км- рм • п • [<1— 2(5 + Бр)]2■ (Ф +0,69) • [Рр (с1-2(8+ 8р))/2ср+ Б,]. (19)
К23=кт-Р(г„=к(1ХЧ- (2Шк+2с1+3>(2Щк+с1+2). (20)
К24=2кф {1,1-Ур+{т1[с1-2(6+ Бр)]2(Ф+0.69) •5}-рв-рм71[с1-2(5 + +8р)]2(Ф+0,69)- {Рр[с1- 2(5 + Бр)] <2стр +8К}-Мгол-Мкр-М1р- рп.0 • % х (21)
х с12(Ф+0,69)-(Рг1ос1 -//2стпо) }/рб.
К25 = кк Нк (Фс1+1) <2-с1+2) +(2-ЬНк+Фс1+1К2-Шк+2-с1+2)]. (22)
К26 = 2 когр (Ф <1+2(3 + 3). (23)
к27= (к07СН0ТС/6) -[(2Щк+2а+3) ■ (2ЩК+ Ф а+0,5+2)+(2Мк+2ё+3-21Нотс) х х-(2Ик+ Ф (1+0.5 ё +2-2И0ТС)+(4Мк+4а+6-2Мотс)-(4Щк+2 Ф ё+4-21Нотс)]. (24) Реализация экономико-математической модели (17) - (24) позволила выявить оптимальные значения конфигурации Ф для групповой установки из двух полимерных футляров с заключенными внутри них сосудами СУГ. Результаты расчетов по (17) - (24) показывают, что минимальные капвложения в сооружение полимерных футляров с заключенными в них резервуарами СУГ достигаются при оптимальной конфигурации футляров, равной 2,2: Ф0Р1 = 2,2.
Как показывает сравнительный анализ, применение сосудов СУГ, установленных в полимерный ударопрочный футляр оптимальной конфигурации, укрепленный радиальными ребрами жесткости с его внутренней стороны и имеющий гладкую наружную поверхность с антифрикционными свойствами (патент № 18564), снижает сметную стоимость строительства СКЗ баз хранения в
1,3... 1,4 раза. При этом исключается потребность в песчаной засыпке; отпадает необходимость вывоза грунта в отвал, учитывая, что объем грунта, занимаемый футляром 1, полностью расходуется на сооружение насыпи 7 (рисунок 9).
Выявление оптимальной формы полимерного футляра (Н/с!) с заключенным внутри него сосудом СУГ, укрепленного с внутренней стороны радиальными ребрами жесткости, позволяет на третьем иерархическом уровне решить задачу оптимизации его геометрических параметров Б, Ьк, и (рисунок 10).
Ь Г 2 ■
1 - полимерный футляр; 2 — резервуар СУГ; 3 - кольца жесткости
Рисунок 10 - Расчетная схема оптимизации геометрических параметров полимерного футляра
Анализ различных типов полимеров показал, что из имеющихся материалов для корпуса футляра, исходя из назначения, области применения, требований по диэлектрическим свойствам, механической прочности, влагопроницанию, в наибольшей степени подходят армированные конструкционные стеклопластики.
Для определения оптимальных геометрических параметров полимерного футляра с заключенным внутри него сосудом СУГ использовалась математическая модель (11) - (15) с введением следующих упрощающих допущений: срок службы всех подсистем футляра с сосудом СУГ, его фундамента, наружного ограждения, отсыпки грунта вокруг футляров является одинаковым; цилиндрическая обечайка и эллиптические днища одного и того же внутреннего диаметра, испытывающие одно и то же наружное давление, рассматриваются как один элемент с толщиной стенок Б и длиной Ь; сметные показатели сооружения СКЗ укрупнены и включают в себя стоимость оборудования и дополнительные капвложения на его установку.
В качестве критерия оптимальности целевой функции (11) - (15) с учетом вышеуказанных допущений примем минимум капвложений в полимерный футляр
толщиной 8, укрепленный радиальными ребрами жесткости высотой Ьк, расположенными через расстояние Ьь
£ К22р(5,Ь1;Ьк)=к„„1РпфТг[(с12(Н/ё+0,69)-5+1/4-(с12-(с1 -гЬ^-МСНЛ.,)] = тт. (25)
р-1
Балансовые уравнения к целевой функции (25):
1. Балансовое уравнение, описывающее условие, что допускаемое давление [Р], которое может выдержать полимерный футляр, должно быть больше или равно расчетному наружному давлению Рф, оказываемому на него со стороны грунта:
[Р] > Рф или [2- [о] •8+2-(Ак/Ь,) [сг]]/(а+8)/л'[1+{(2-[ст]-8+2 (Ак/Ь1)- [а]]/(с!+ Б)/ /(20,8-Ю"6 -Е /к-ВрПу)- (а/Н) ■ 100- к- 8/с1]2'5}2 > рф- Н^ (26)
2. Балансовое уравнение моментов инерции радиального ребра жесткости полимерного футляра:
I > 1Р или 1к+(Ьг83/10,9)+е2-[(Ак-Ье-8)/(Ак+Ье-8)]>(0,1-Р-а3-Ь,/Е)-(пу /2,4>к5 (27) Система ограничений управляющих параметров целевой функции будет выглядеть следующим образом:
^шт — 8 ^ 8тах ; (28)
Ь1тт^Ь1 <Ь1та.ч; (29)
Ьк.тт^Ьк<Ьктах . (30)
Определение оптимальных геометрических параметров целевой функции (25) осуществлялось путем направленного поиска минимума капвложений как функции трех независимых переменных градиентным методом:
£ К2р (8,Ь,А)=тт. (31)
р-1
Данная задача решена численным методом для ряда толщин 1 радиального ребра жесткости полимерного футляра. Результаты расчетов показывают, что оптимальные значения независимых параметров при I = 20 мм составляют: 80Р1 = 6 мм, Ь,.ор[ = 125 мм, Ькор1 = 27 мм.
По результатам проведенной оптимизации СКЗ разработан СТО 03321549-001-2008 «Рекомендации по обоснованию типа системы комплекс-
ной защиты и оптимизации полимерного футляра для резервуара СУГ» для дальнейшего практического использования проектно-конструкторскими, монтажными организациями и заводами-изготовителями.
Пятая глава посвящена разработке основ расчета и оптимизации геометрических параметров СКЗ парожидкостных трубопроводов АГЗС, МТАЗС, РУ ПиЖКП путем заключения их в полимерные теплоизолированные футляры, заполненные инертным газом с контролируемыми параметрами.
Задача транспортировки жидкой фазы на территории АГЗС, МТАЗС и РУ ПиЖКП сильно осложняется частичным ее испарением вследствие теплообмена с окружающей средой. Для уменьшения теплопотерь, а также для реализации требований пожаробезопасности двустенные жидкофазные трубопроводы СУГ выполняются теплоизолированными с наружной стороны футляра.
С целью повышения эффективности предлагаемых СКЗ разработана конструкция, в которой тепловая изоляция накладывается на внутреннюю поверхность герметичного футляра (рисунок 11,6) с оставлением пространства между теплоизоляцией и парожидкостным трубопроводом СУГ, которое заполнено азотом под избыточным давлением.
а) б)
а - расчетная схема; б - фрагмент в сечениях I-I и II-II
Рисунок 11 — К определению оптимальных геометрических параметров
защитного футляра с заключенным внутри него трубопроводом
С учетом того что геометрические параметры футляра, толщины теплоизоляции и кольцевого пространства зависят, в первую очередь, от величины внутреннего диаметра парожидкостного трубопровода СУГ (рисунок 11), задача решается последовательно в два этапа:
первый этап — определение диаметра трубопровода и гидравлических сопротивлений при течении по нему насыщенных парожидкостных смесей СУГ в условиях теплообмена с окружающей средой;
второй этап - определение оптимальных геометрических параметров предлагаемой конструкции теплоизолированного футляра с расположенным внутри него парожидкостным трубопроводом СУГ.
На первом этапе были проведены теоретические и экспериментальные исследования, в результате которых на основе известных соотношений гидро-и термодинамики в сочетании с корреляцией Антуана впервые получена система уравнений (32) - (34), позволяющая определять диаметр трубопроводов и коэффициент гидравлического сопротивления при течении насыщенных парожидкостных смесей СУГ в условиях теплообмена с окружающей средой:
РпФс ^+Рж 0 ~ Фс) ^ + ^ (Рпсп - Ржсж) + спФс'^11 = 0; аг аг аъ аг
(1сп . асж . . ар 4
РпФссп + Рж(!~Фс)сж "¿7 + Х(сп -°ж) = ^"
Л
•[■у (Фс ■ Рп • сп + 0 -'Фс )Рж •'сж )] ■+ [фсРп + 0 -Фс )Рж ]:X %
рпфссп^-+рж(1-фс)сж^ = 5С0Ж -¡п) + [фсрпсп + (1 -фс)ржсж]X хё сов^г) - ^[ф0сп рп • + (1 - фс)сж ■ 4 ] ■+ у (Т0 - Тс);
(32)
аг аг аг г* аг рп • рж аТж
1БР = А-—; ? = 2рПШп. В качестве замыкающих в (32) используются следующие соотношения:
<р =0,81(3
.2.2 |Ч>сР,с!-|'(1-Фс)Р.с!, 1_е у[<РсР„+(Н>с)р,к<|
(33)
_22 /Ч>срУГ+0-Ч>С)РХ
, . 1-0,78|3[1-е ' ^ФсР.+(1-Фс)Р.]8^_0 22[1_еН5р)]р Хс=Хж-ц>; у =-^-—-^-(34)
Конкретной задачей экспериментальных исследований, проведенных в ОАО «Гипрониигаз», являлось обоснование возможности применения формул (33) для определения паросодержания ср и (34) для определения коэффициента гидравлического сопротивления Ас парожидкостной смеси насыщенного СУГ в условиях теплообмена с окружающей средой, первоначально полученных Мамаевым В.А., Одишария Г.Э., Клапчуком О.В. применительно к воздухо-водяным смесям при их адиабатическом пробковом течении в горизонтальных и слабонаклонных трубопроводах.
Сравнение расчетных значений истинного паросодержания <ррасч и приведенного коэффициента гидравлического сопротивления 1|/расч= \/кх парожидкостной смеси СУГ, полученных по формулам (33) и (34) для адиабатических потоков, с экспериментальными значениями в условиях подвода тепла (рисунки 12, 13) показало, что максимальное относительное отклонение экспериментальных значений от теоретических, не превышает 15,2 %.
Хорошее согласование опытных и расчетных данных позволяет рекомендовать использовать расчетные формулы (32) - (34) в инженерной практике для определения значений истинного паросодержания фрадч и гидравлического сопротивления 1срасч применительно к парожидкостной смеси СУГ при ее пробковом течении в горизонтальных и слабонаклонных трубопроводах в условиях теплообмена с окружающей средой.
На базе полученных аналитических зависимостей (32) - (34) разработана программа определения гидравлических сопротивлений при течении парожидко-
стной смеси СУГ в горизонтальном трубопроводе в условиях теплообмена с окружающей средой.
На втором этапе проводилась оптимизация основных геометрических параметров элементов защитного футляра с размещенным внутри него трубопроводом: внутреннего диаметра трубопровода для транспортировки парожидкостной смеси СУГ от подземных резервуаров к пунктам топливораз-дачи (рисунок 11); толщины тепловой изоляции 53, накладываемой на внутреннюю поверхность полимерного футляра, перепада давления Дрг, создаваемого насосом и численно равного гидравлическому сопротивлению при течении парожидкостной смеси СУГ в трубопроводе на участке от насоса до топ-ливораздаточной колонки.
и 1 2 / о- при значениях средней скорости потока 0,4«с53.0м'с. д -с 0.4 нс, о-с'Зи'с,
Рисунок 12 — Сопоставление экспериментальных значений приведенного коэффициента гидравлического сопротивления уэксп и теоретических величин ч/расч, рассчитанных по формуле (34)
и Q2 UA 0.6 ЦЗ <Ps.rn
о - при величине удечьноп тепловой нагрузки
4,' Ст= 1592 Дж, кг м. a -q,' G= 1N 7 Дж 'кг м, оЧ1|<т=3149Д/1с кг м, 4 -q,'G=580 Д&'кгм
Рисунок 13 — Сравнение экспериментальных значений фэксп, полученных при различных значениях удельной тепловой нагрузки q/G, с теоретическими значениями фрасЧ, полученными по уравнению (33) для адиабатических потоков
Задача оптимизации формулируется следующим образом. В трубопровод 1 внутренним диаметром <1 =ё[ и длиной Ь[, заключенный в полимерный футляр 4, заполненный азотом (рисунок 11), со слоем теплоизоляции 3, уложенной с внутренней стороны футляра, и с кольцевым пространством 2 между ней и внутренним трубопроводом СУГ из резервуара 6 с помощью насоса 5 по-
дается жидкая фаза СУГ с массовым расходом О, которая затем поступает в топ-ливораздаточные устройства 7.
К наружной поверхности жидкофазного трубопровода 1 через футляр 4 и межтрубное пространство 2 с постоянной интенсивностью подводится тепловой поток О из окружающей среды с температурой го- Течение насыщенного СУГ от сечения I до сечения II, при его теплообмене с окружающей средой, сопровождается испарением части жидкой фазы и образованием паровой. По результатам теоретических расчетов и экспериментальных исследований, изменение паросо-держания происходит в следующих пределах: истинного объемного 0< ф < 0,72, массового 0 < X < 0,15, что приводит к изменению режимов течения от пузырькового (сечение II) до пробкового. Транспортировка жидкой фазы к топливораз-даточным колонкам 7 с непрерывно увеличивающимся паросодержанием осложняет заправку баллонов 10 автотранспортных средств на АГЗС и МТАЗС, приводит к увеличению диаметра с!), и как следствие с14, а также капвложений К1 в парожидкостный трубопровод и К4 в футляр.
С другой стороны, увеличение паросодержания, при неизменных величинах диаметра (1) и капвложений К] в парожидкостный трубопровод 1, приводит к пропорциональному увеличению скорости парожидкостной смеси и гидравлического сопротивления, численно равного перепаду давления Др5, создаваемого насосом. Это, в свою очередь, увеличивает расход электроэнергии насосом 5 на перекачку СУГ, затраты на ее оплату И5.
С целью уменьшения теплопритока и сокращения парообразования ПЖТ покрывается тепловой изоляцией 3 толщиной 83, что приводит к уменьшению перепада давления Др5, создаваемого насосом, затрат электроэнергии для создания перепада давления Др5 и эксплуатационных расходов на их оплату И5. Вместе с этим увеличение толщины тепловой изоляции 83 приводит к увеличению капвложений К3 в ее приобретение и монтаж.
Таким образом, толщина 63 тепловой изоляции, величина внутреннего диаметра с!, ПЖТ и перепад давления Др5, создаваемый насосом, оказывают взаимное влияние на величины Кр и Ир, а следовательно, являются управляющими пара-
метрами модели оптимизации двустенного теплоизолированного трубопровода СУГ.
В целях определения оптимальных параметров защитного футляра с заключенным в него трубопроводом впервые разработана математическая модель, включающая критерий оптимальности целевой функции (35), балансовое уравнение тепловой энергии (36) [(37)], систему ограничений управляющих параметров (38), уравнения для элементов затрат (39) - (50) и позволяющая определять оптимальные диаметр и толщину тепловой изоляции футляра, диаметр заключенного в футляр парожидкостного трубопровода и потери давления при течении СУГ:
3,=£ а,£ Ща^фОД, ДР5]+Х Кр[ё,(?ч,фс),6з, АР5](1+Х а(-фр)} = 1шп. (35)
1=1 р=1 Р=1 (=1
Балансовое уравнение тепловой энергии, переданной СУГ через стенки футляра и тепловой изоляции парожидкостной смеси из внешней системы (окружающей среды) От и затраченной на испарение части жидкой фазы С*1и :
т т
£ <*..= Е о*, (36)
<=1 <=1
или в развернутом виде:
({0~*СУг)_ ,2 Ссуг 'Рсуг 'х'г
А .±18 .±18. -|/>Х- 1 » • V '
(11 а1 + 251+252+253 1 4 2Х3 а, + 28) + 282
Система ограничений управляющих параметров целевой функции имеет следующий вид:
Ф <с!1тах; 5зт1П<5з<5зтах; ЛР5тт < ДР5 < ЛР5т£ц. (38) Капитальные вложения КР для всех элементов футляра 4, заполненного азотом, со слоем теплоизоляции 3 и с заключенным внутри него парожидкостным трубопроводом определяются по формулам:
К,= к,-Рг| КФ+гб^-ёЛ-Ь,; (39)
К2 = к2 ■ р2 ■ | [((1,+ 25,+252)2 - (<1,+ 2502] -Ь,; (40)
К3 = к3 • рз • ^ [(<!,+ 25,+252+253)2 - ((1,+ 26,+252)2] -Ь,; (41)
К4= К4 • р4 • ^ [(¿1+ 25,+252+25з+254)2 - (с1,+ 25,+252 +253)2] Ь2; (42)
Щйи 53, АР5) = С5 (43)
3600-г|
ДР5 = Р0-Р. (44)
Значения давлений Р0 и Р соответственно в начале и конце расчетного участка парожидкостного трубопровода определяются из уравнения (45):
(р-Р^Р-Ра? . (45,
Коэффициенты Бз* и 84' определяются из системы уравнений, полученной с использованием метода неопределенных коэффициентов:
(цк;м; - цк;м;р.;•+м;к;гр; - к;цм;)+ +б; (ь\к;м; - к;к;м;р;+м;к;2р2- - к;цм;)=к;к;м;-м;к;2
(46)
+5; [м\к;м\-цк;м;р;-к\м;2 +М'2к\ь\р;)=цк;м;-м;к;ц
где Ц=К'а2р2; М;=К'Ь2р2; К; = Н[Н2 [0,97 (1 - А") Н\Н\р2 +1,028(2/Г -1) а2 ]; Ь\ = 2Н;Щ [0,514(2Г-\)Ъ2+{К'-\){Щ+Щ)р2]+а2 [К'+(1-2К')(Н; +я;)];
м-2 = (я;+я; )[(1 ■- к" )(н;+н;) р2+(г- 2 к' )б2]+гь2; к;=-1, шк'р2щщц;
ц=к'р2[ц(н;+щ)-1,02ш;н;н;]-, (47)
(48)
м; = к'р2м; (н;+я;к;=1, Ша2н;н;; ц=\,028н;щ{ьг-р2)+а2(1-(н;+н;))-, м; =(н;+н;)(р2-ь2)+ь2-
Щ= Р" _Р" Р'е ' ; Н'2 =ап———; Щ =--(49)
СР„ СР„ г СР„ СР*
где а2 ,Ь2 ,р2 - численные параметры.
Здесь ^ = 4К;М;-Цг-корни многочленов. (50)
2Кг • 2 л4
Определение оптимальных геометрических параметров двустенного трубопровода согласно целевой функции (35) с учетом (36) - (50) осуществлялось методом направленного поиска минимума интегральных затрат каждой из независимых переменных градиентным методом. Результаты расчетов по формулам
(35) - (50) показывают, что оптимальные значения внутреннего диаметра жидко-фазного трубопровода, толщины тепловой изоляции и перепада давления, создаваемого насосом, составляют соответственно di.opt = 14,3 мм, S3opt = 8,5 мм, ДР5 opt = 8-10"3 МПа. В этом случае к установке принимаются ближайшие стандартные типоразмеры геометрических параметров: dj.optx = 15,0 мм, §3.opt.c = 9,0 мм.
Оптимальная величина внутреннего диаметра футляра трубопровода СУГ пересчитывается по оптимальным значениям d] opt.c, 83 opte следующим образом: d4opt=dioptc+2 8, +202 +283ор1.с = 15+2-3,5+2-4+2-9,5 = 49 мм. (51)
В этом случае к установке принимается ближайший стандартный типоразмер: d4.optc = 50,0 мм.
Результаты проведенной оптимизации СКЗ трубопроводов включены в СТО 03321549-001-2008 «Рекомендации по обоснованию варианта системы комплексной защиты парожидкостных трубопроводов СУГ и оптимизации ее параметров» для дальнейшего практического использования проектно-конструкторскими, монтажными организациями и заводами-изготовителями.
По результатам диссертационных исследований выпущен ряд нормативных документов, разработана техническая документация, согласно которой налажено серийное изготовление предлагаемых СКЗ. В настоящее время на АГЗС, МТАЗС Российской Федерации эксплуатируеюся свыше 185 технологических систем хранения и распределения СУГ, оснащенных предлагаемыми СКЗ.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
1. В результате анализа выявлен высокий уровень пожаро-, взрыво- и экологической опасности существующих резервуаров и трубопроводов СУГ на АГЗС, МТАЗС, ГНС и обоснована необходимость разработки систем комплексной защиты РТ от опасных воздействий.
2. Предложен системный метод разработки СКЗ резервуаров и трубопроводов СУГ, позволяющий на основе выявления целевых функций и задания им
минимальных нормативных значений получить модель устройства СКЗ, уменьшающей вероятность разгерметизации с 10~3 год"1 для существующих аналогов до 10"8 год'1. Метод отличается универсальностью и позволяет получать модели сложных технических систем в различных областях прикладной науки и техники. Применение метода позволяет свести к минимуму уровень риска при реализации новых разработок в условиях их венчурного финансирования. Метод апробирован при разработке трех технических систем и реализован в рамках программы «Старт 2008».
3. Разработаны и внедрены новые технические решения комплексной защиты на основе предложенной модели путем заключения резервуаров и трубопроводов в защитные футляры, заполненные азотом с автоматическим контролем верхней и нижней границ давления.
4. На основе аналитических зависимостей для определения эксплуатационных параметров предлагаемой СКЗ разработаны и внедрены технические решения и даны рекомендации по предотвращению коррозии наружных поверхностей подземных резервуаров и трубопроводов СУГ. Экспериментальная и промышленная проверки подтверждают достоверность предложенных аналитических зависимостей с погрешностью 13,4 %.
5. Предложена экономико-математическая модель, разработаны на ее основе и внедрены рекомендации по оптимизации систем комплексной защиты РТ СУГ, заключенных в полимерный футляр, позволяющие получать достоверные результаты в условиях неопределенности исходной экономической информации.
6. Разработан и внедрен алгоритм обоснования типа СКЗ резервуаров и трубопроводов СУГ в условиях неопределенности конвертирования ценовых факторов. При использовании предлагаемой системы комплексной защиты достигается экономия интегральных затрат в размере 80,7 %.
7. Даны методические рекомендации по выявлению экономически целесообразной формы и определению оптимальных геометрических параметров за-
щитных полимерных футляров для резервуаров СУГ, позволяющие сократить капитальные вложения в них на 77,9 %.
8. На основе предложенной математической модели разработаны и внедрены рекомендации по определению оптимальных диаметра и толщины тепловой изоляции футляра, диаметра заключенного в футляр парожидкостного трубопровода и потерь давления при течении СУГ.
9. На базе полученных аналитических зависимостей и инженерного алгоритма разработана программа определения гидравлических сопротивлений при течении парожидкостной смеси СУГ в горизонтальном трубопроводе в условиях теплообмена с окружающей средой, использованная в рекомендациях по определению оптимальных параметров футляра парожидкостного трубопровода СУГ.
10. Внедрение результатов исследований в практику проектных, строительных, эксплуатационных организаций и заводов-изготовителей позволяет уменьшить уровень индивидуального риска до значений: Ринд < 10"8 год'1. Подтвержденный экономический эффект от внедрения 185 технологических систем хранения и распределения СУГ, оснащенных предлагаемыми СКЗ, составляет 356,0 млн руб.
Основные результаты работы опубликованы в следующих научных трудах:
Ведущие рецензируемые научные журналы, рекомендованные ВАК Министерства образования и пауки РФ
1. Шурайц А.Л. Разработка системы комплексной защиты подземных резервуаров и трубопроводов сжиженного углеводородного газа путем заключения в футляр, заполненный азотом // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. - Уфа, 2008. - Вып. № 2 (72). -С. 75-85.
2. Усачев А.П., Шурайц A.JL Определение расчетных параметров систем комплексной защиты подземных резервуара и трубопроводов сжиженного уг-
леводородного газа, заключенных в герметичный футляр, заполненный инертным газом» // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. - Уфа, 2008. - Вып. № 2 (72). - С. 68-74.
3. Шурайц A.JI. Технико-экономический выбор оптимальной формы герметичного футляра с азотом, с заключенным в него подземным резервуаром сжиженного углеводородного газа // Нефтегазовое дело. - 2008. - Т. 6. - № 2. -С. 88-90.
4. Усачев А.П., Шурайц А.Л., Гумеров А.Г. Математическая модель оптимизации системы комплексной защиты подземных резервуаров и трубопроводов сжиженного углеводородного газа путем заключения в футляр, заполненный азотом // Нефтегазовое дело. - 2008. - Т. 6. - № 2. - С. 82-87.
5. Усачев А.П., Шурайц A.JL, Феоктистов A.A. Применение системного подхода к разработке систем обеспечения безопасности хранилищ сжиженного газа МИНИ-ТЭС // Вестник СГТУ. - Саратов: СГТУ, 2007. - Вып. 1. - № 2 (24). -С. 140-150.
6. Усачев А.П., Шурайц А.Л., Фролов A.B. Разработка математической модели оптимизации геометрических параметров полимерной оболочки системы обеспечения герметичности подземных резервуаров сжиженного углеводородного газа // Вестник СГТУ. - Саратов: СГТУ, 2007. - Вып. 2. - № 1 (22). - С. 63-70.
7. Усачев А.П., Шурайц A.J1. Модель по определению газодинамических сопротивлений при течении парожидкостных смесей в трубопроводах сжиженных углеводородных газов в условиях их теплообмена с окружающей средой // Вестник СГТУ. - Саратов: СГТУ, 2007. - Вып. 1. -№ 2 (24). - С. 128-139.
8. Усачев А.П., Шурайц А.Л., Феоктистов A.A. Алгоритм разработки систем обеспечения промышленной безопасности опасных производственных объектов (на примере установок хранения СУГ) // Безопасность труда в промышленности.-2005.-№7.-С. 5-10.
9. Шурайц A.JL Современное состояние и мероприятия по повышению промышленной безопасности технологических систем хранения сжиженных
углеводородных газов // Безопасность труда в промышленности. - 2003. - № 2. -С. 23-26.
10. Рубинштейн C.B., Шурайц А.Л. Расчет потерь напора в трубопроводах сжиженных газов // Газовая промышленность. -1985. - № 9. - С. 47.
11. Шурайц А.Л. Номограмма для гидравлического расчета трубопроводов жидкой фазы пропан-бутана // Газовая промышленность. -1989. - № 1. - С. 63.
12. Шурайц А.Л. Определение диаметра трубопроводов систем снабжения сжиженным газом // Газовая промышленность. - 1988. -№ 2. - С. 47.
13. Шурайц А.Л., Щуркин Е.П., Рубинштейн C.B. Система жидкофазного газоснабжения // Газовая промышленность. - 1988. - № 11. - С. 38-40.
Научно-технические статьи, патенты, нормативные источники
14. Одишария Г.Э., Шурайц А.Л., Рубинштейн C.B. Экспериментальные исследования истинного паросодержания в потоке сжиженных углеводородных газов // Магистральный транспорт природного газа: Сб. статей / ВНИИГАЗ. - М., 1989.-С. 31-45.
15. Шурайц А.Л., Рубинштейн C.B., Морозова H.H. Особенности эксплуатации систем снабжения сжиженными газами с подачей жидкой фазы // Газовая промышленность. Сер. «Передовой производственный и научно-технический опыт, рекомендуемый для внедрения в газовой промышленности»: Информ. сб. -М.: ВНИИЭгазпром, 1989. -Вып. 5. - С. 78-81.
16. A.c. 1652826 РФ, МПК 5 G 01 F 23. Устройство для измерения уровня жидкости в резервуаре / C.B. Рубинштейн, А.Л. Шурайц, М.Н. Народицкий (РФ). -4620950; Заявлено 19.12.1988; Опубл. 30.05.1991,Бюл. 20.
17. Шурайц А.Л. Технология снабжения пропан-бутаном с использованием жидкой фазы // Повышение технического уровня и качества продукции на основе достижений научно-технического прогресса газовой промышленности. Тез. докл. отрасл. семинара. - М.: ВНИИЭгазпром, 1989. - С. 57-58.
18. Свидетельство на полезную модель № 18564. Установка для хранения и распределения сжиженного углеводородного газа / А.П. Усачев, A.JI. Шурайц, A.B. Фролов и др. (РФ). - М., 2001. - 8 с.
19. Усачев А.П., Шурайц А.Л., Фролов A.B., Усачев М.А. Повышение по-жаро-, взрыво- и экологической безопасности установок хранения сжиженного углеводородного газа // Полимергаз. - 2001. - № 1. - С. 36.
20. Усачев А.П., Шурайц A.JL, Фролов A.B. Проблемы реализации нормативных требований при разработке технологического оборудования газовых и многотопливных АЗС // Проблемы нормотворчества в газораспределительной подотрасли - современное состояние и перспективы. Матер. 1-ой Всеросс. научн,-техн. конф. - Саратов: ОАО «Гипрониигаз», 2001. - С. 59-68.
21.Усачев А.П., Шурайц A.JL, Фролов A.B. Определение оптимальной формы подземных резервуаров сжиженных углеводородных газов, располагаемых в полимерных футлярах // Вопросы совершенствования систем теплогазоснабжения и вентиляции: Межвуз. научн. сб. - Саратов: СГТУ, 2002. - С. 21-27.
22. Усачев А.П., Фролов A.B., Шурайц А.Л. Выбор оптимальных геометрических и конструктивных параметров наружного футляра подземных резервуаров СУГ с повышенным уровнем пожаро-, взрыво- и экологической безопасности // Вопросы совершенствования систем теплогазоснабжения и вентиляции: Межвуз. научн. сб. - Саратов: СГТУ, 2002. - С. 35-42.
23. Усачев А.П., Шурайц А.Л., Фролов A.B. Анализ коррозионных воздействий и эффективности работы систем коррозионной защиты подземных установок хранения сжиженного углеводородного газа // Газ России. - 2002. - № 4. -С. 15-17.
24. Усачев А.П., Шурайц А.Л., Фролов A.B. Выбор типа и марки инертной среды для заполнения межстенного пространства двустенного резервуара СУГ // Перспективы использования сжиженных углеводородных газов. Матер. Российск. научн.-техн. конф. - Саратов: СГТУ, ОАО «Росгазификация», ОАО «Гипрониигаз», 2003.-С. 46-55.
25. Усачев А.П., Шурайц А.Л., Курицын Б.Н., Фролов A.B. Применение системного подхода при разработке систем коррозионной защиты установок хранения и распределения сжиженного углеводородного газа на многотопливных и газовых автозаправочных станциях // Газ России. - 2003. -№ 1. - С. 18-20.
26. Усачев А.П., Шурайц А.Л., Фролов A.B. Современное состояние и направления развития систем коррозионной защиты технологических систем хранения СУГ на газовых и многотопливных АЗС // Перспективы использования сжиженных углеводородных газов. Матер. Российск. научн.-техн. конф. - Саратов: СГТУ, ОАО «Росгазификация», ОАО «Гипрониигаз», 2003. - С. 12-19.
27. Усачев А.П., Шурайц A.JL, Фролов A.B. Оценка уровня пожаро-, взрывоопасное™ подземных резервуаров СУГ, заключенных в футляры, заполненные инертным газом // Перспективы использования сжиженных углеводородных газов. Матер. Российск. научн.-техн. конф. - Саратов: СГТУ, ОАО «Росгазификация», ОАО «Гипрониигаз», 2003. - С. 35-45.
28. ПБ 12- 609-03. Правила безопасности для объектов, использующих сжиженные углеводородные газы / А.Л. Шурайц, Б.А. Красных, A.A. Сорокин, A.C. Нечаев, A.A. Феоктистов. - М.: ГУП НТЦБП Госгортехнадзора России, 2003. -104 с.
29. Усачев А.П., Шурайц А.Л., Фролов A.B., Лурье Т.А. Выявление и исследование режимов бескоррозионной эксплуатации подземного резервуара сжиженного углеводородного газа, заключенного в полимерную оболочку, заполненную инертным газом // Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения: Сб. научн. тр. / СГТУ. - Саратов, 2004. - С. 98-110.
30. Пособие по проектированию, строительству и эксплуатации АГЗС / А.Л. Шурайц, Ю.Н. Вольнов, М.С. Недлин. - Саратов: Сателлит, 2004. - 200 с.
31. Высоцкий Л.И., Усачев А.П., Шурайц А.Л. Разработка математической модели гидродинамического расчета жидкофазных трубопроводов сжиженных углеводородных газов // Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения: Сб. научн. тр. / СГТУ. - Саратов, 2005.-С. 74-90.
32. Шурайц А.Л. Экспериментальные исследования гидродинамических сопротивлений в распределительных трубопроводах насыщенной жидкой фазы СУГ в условиях их теплообмена с окружающей средой // Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения. Сб. на-учн. тр. / СГТУ. - Саратов, 2005. - С. 91-109.
33. Шурайц А.Л. Разработка алгоритма и номограммы расчета гидродинамических параметров систем распределения жидкой фазы СУГ // Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения: Сб. научн. тр. / СГТУ. - Саратов, 2005. - С. 131-148.
34. Шурайц А.Л. Определение оптимальных геометрических размеров оболочки системы обеспечения герметичности подземных резервуаров сжиженных углеводородных газов // Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения. Сб. научн. тр. - Саратов: Сарат. гос. техн. унт, 2006.-С. 87-97.
35. Усачев А.П., Шурайц А.Л., Фролов A.B. Выбор оптимальных конструктивных параметров полимерной оболочки системы обеспечения герметичности подземных резервуаров СУГ // Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения: Сб. научн. тр. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2006. - С. 98-107.
36. Шурайц А.Л. Разработка математической модели оптимизации и обоснования варианта систем обеспечения герметичности подземных резервуарных установок СУГ // Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения: Сб. научн. тр. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2006. -С. 71-97.
37. Шурайц А.Л., Усачев А.П. Системы обеспечения безопасности установок хранения и распределения СУГ // Матер. 1-ого Российского конгресса по газораспределению и газопотреблению. - С.-П.: Росгазэкспо, 2007. - С. 94-102.
38. Свидетельство № 13356 от 27.02.2008. Метод разработки новых технических устройств, способов, веществ с заданным уровнем требований на основе
системного подхода / А.П. Усачев, A.JI. Шурайц, A.A. Феоктистов, А.Ю. Фролов, A.B. Рулев. -М.: Российское авторское общество, 2008. — 10 с.
39. Усачев А.П., Шурайц А.Л. Системы комплексной защиты подземных установок хранения и транспорта сжиженного углеводородного газа путем заключения в футляр, заполненный азотом // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. Матер, на-учн.-практ. конф. в рамках XVI международной специализированной выставки «Газ. Нефть. Технологии-2008» - Уфа, 2008. - С. 297-299.
40. Методика гидравлического расчета системы снабжения потребителей сжиженным газом с подачей жидкой фазы / А.Л. Шурайц, C.B. Рубинштейн, М.С. Недлин. - Саратов: Гипрониигаз, 1986. - 43 с.
41. Усачев А.П., Шурайц А.Л. Оптимизация систем комплексной защиты жидкофазных трубопроводов СУГ, заключенных в герметичные теплоизолированные футляры // Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения: Межвуз. научн. сб. / СГТУ. - Саратов, 2008. -С. 71-97.
42. СТО 17446935-1-2008. Технические решения по обеспечению герметичности установок хранения и распределения сжиженных углеводородных газов путем заключения их в футляр с азотом / А.Л. Шурайц, A.A. Феоктистов, А.П. Усачев, А.Ю. Фролов, A.B. Рулев. - Саратов, 2008. - 11 с.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Ринд ~ уровень индивидуального риска, год"1; QBi, Qf- вероятности возникновения в течение года i-ой аварии с горением смеси паров СУГ с воздухом на установке хранения и образованием опасных факторов избыточного давления и теплового излучения, год"'; QBj п, Qn п~ условные вероятности поражения человека в результате воздействий избыточного давления и теплового излучения при реализации i-oro типа аварии; р - плотность, кг/мэ; R - удельная газовая постоянная, кДж/(кг-К); сопротивление теплопередаче, (м2-К)/ Вт; Z - коэффи-
циент сжимаемости; координата; X - коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К); коэффициент гидравлического сопротивления; 5 - толщина, м; аг- коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2-К); с - удельная теплоемкость, кДж/(кг-К); скорость движения фаз, м/с; г - скрытая теплота парообразования, кДж/кг; Р - давление, Па; ЛР - перепад (потеря) давления, Па; р - парциальное давление, Па; г - температура, °С; время; расчетный год эксплуатации системы СКЗ; срок службы, год (лет); ширина радиального ребра жесткости, м; (3 - температурный коэффициент объемного расширения, 1/К; объемное паросодержание, д.е.; g - ускорение свободного падения, м/с2; массовая доля вещества, в д.е.; V — коэффициент динамической вязкости, Н-с/м2; а - коэффициент температуропроводности, м2/с; коэффициент дисконтирования затрат; С - цена защитных агентов, долл./(МВт ч), долл./м3; в — расход (количество), кВт, м3/год, кг/ч; т — время работы, с; точка росы, °С; Р - площадь (поверхность), м2; величина воздействия; V - объем, м3; величина утечки, м3/ч; В1 - коэффициент, учитывающий сезонность поставок ЗА и Э; В2 - коэффициент, учитывающий надежность (гарантированность) поставок ЗА и Э; к, К - удельные и полные капвложения в монтаж оборудования, долл./м2 (долл./м3, долл./м), долл.; коэффициент, учитывающий перспективное удорожание ЗА и Э в 1>ом году эксплуатации без учета инфляции; коэффициент теплопередачи, Вт/(м2-К); коэффициент жесткости обечайки, подкрепленной ребрами жесткости; Т - срок службы, лет; температура, К; Г - количество замен р-ого элемента в течение срока службы СКЗ, Е - норма дисконта, 1/год; ц, Ц - удельная и полная стоимость оборудования СКЗ, долл./м2 (долл./м3, долл./м), долл.; и, И - удельные и полные эксплуатационные затраты, долл./(м2-год) [(долл./(м3год), долл./(м-год)], долл./год; р0> - коэффициенты удорожания ЗА и Э, характеризующие неопределенность конвертирования цен, соответственно для года сооружения и для текущего года эксплуатации СКЗ; (1 - диаметр, м; абсолютное влагосодержание, г/м3; Б - толщина стенки, м; - расстояние между ребрами жесткости по осям, м; Н, Ь - длина (высота, глубина), м; Ф -фактор формы; (р - истинное объемное паросодержание, д.е.; относительная
влажность, %; доля годовых эксплуатационных затрат, %; X - массовое паро-содержание, д.е.; х ~ скорость фазового перехода жидкой фазы в паровую в единице объема, кг/(м3'с); М, ш - масса, кг; - среднее во времени и по сечению потока касательное напряжение, кг/(м-с2); I - энтальпия, кДж/кг; А, В, С -числовые коэффициенты, экспериментально полученные для различных диапазонов температур; укор - уровень коррозионной агрессивности; т) - коэффициент полезного действия, %; £ - переменная в виде безразмерного числового комплекса; е - расстояние между осями стенки футляра и ребра; основание натурального логарифма; 8 - толщина, м; \|/ - приведенный коэффициент гидравлического сопротивления; х - массовое паросодержание, д.е.; 1 - уклон, д.е.; энтальпия, кДж/кг; \ - коэффициент бокового давления грунта в состоянии покоя; Ак - площадь поперечного сечения ребра жесткости, м2; [о] - допускаемое напряжение при расчете по предельным нагрузкам, МПа; пу -коэффициент запаса устойчивости; Е - модуль продольной упругости при расчетной температуре, МПа; Ь - расстояние между соседними ребрами в свету; 1к - момент инерции поперечного сечения ребра жесткости, мм4; Рк, Б,,, р[ф, рош _ соответственно воздействия, обусловленные коррозией, нагревом, протечками в арматуре и разъемных соединениях, ошибками и несоблюдением норм при проектировании, изготовлении и эксплуатации РТ и систем их защиты; Рм - механические воздействия на запорную и предохранительную арматуру, антикоррозионные покрытия; (3!п - тепловая энергия, переданная парожид-костной смеси СУГ через стенки футляра, тепловой изоляции трубопровода из окружающей среды, Вт; 01 и - тепловая энергия, затраченная на испарение части жидкой фазы СУГ, Вт; ql -удельный линейный тепловой поток к парожидко-стному трубопроводу, отнесенный к единице весового расхода, Дж/(кг м); г -координата; С, - коэффициент, учитывающий потери на трение в соединительных муфтах насоса.
БУКВЕННЫЕ ИНДЕКСЫ
н - нижний(яя), начальный(ая); в - верхний(яя), вода; э.с - электропроводящая соль; к - кислород, котлован; радиальное ребро жесткости; сул - суль-
фаты; в-д - водород; инд - индивидуальный; и - инертный; р - расчетный; резервуар; гр - грунт; г - газ, год; п.н - насыщенный водяной пар; экв - эквивалентный; с - сталь, парожидкостная смесь; п - паровая фаза, полимерный, поверхность, полезный; доп - допустимое; ф - футляр, фундамент; отс - отсыпка; ут - утечка; о - окружающая среда; кор - коррозия; отч - отчуждаемая; м - металлический; п.ф. - полимерный футляр; огр - ограждение; у - укрепленная ребрами жесткости; ну - неукрепленная ребрами жесткости; п - паровая фаза; ж - жидкая фаза.
min, opt, max - минимальная, оптимальная и максимальная величины; z-ая подсистема; i-ый вариант; п-ный вариант; j-oe звено; р-ый элемент; к-ый элемент.
СУГ - сжиженный углеводородный газ; АГЗС - автомобильная газовая заправочная станция; МТАЗС - многотопливная автомобильная заправочная станция; ГНС - газонаполнительная станция; МИНИ-ТЭС - теплоэлектростанция малой мощности (до 25 МВт ч); РТ - резервуар и трубопровод; ЗА -защитный агент; Э - электроэнергия; ИГ - инертный газ; МП - межстенное пространство; ПЖТ - парожидкостный трубопровод.
Фонд содействия развитию научных исследований. Подписано к печати 17.11.008 г. Бумага писчая. Заказ № 520. Тираж 100 экз. Ротапринт ГУП «ИПТЭР», 450055, г. Уфа, проспект Октября, 144/3.
Содержание диссертации, доктора технических наук, Шурайц, Александр Лазаревич
ВВЕДЕНИЕ.:.
Глава 1. ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ РЕЗЕРВУАРОВ И ТРУБОПРОВОДОВ СЖИЖЕННОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА.
1.1 Характеристика эффективности и безопасности эксплуатации резервуаров и трубопроводов сжиженного углеводородного газа, выбор способа их расположения.
1.2 Анализ существующих методов защиты подземных резервуаров и трубопроводов.
1.2.1 Анализ существующих антикоррозионных покрытий подземных резервуаров и трубопроводов.
1.2.2 Анализ эффективности использования катодной (протекторной) защиты подземных резервуаров и трубопроводов от опасного действия электрохимической коррозии и блуждающих токов.
1.3 Выбор направления исследований по повышению эффективности и безопасности систем защиты резервуаров и трубопроводов СУГ.
Выводы по главе 1.
Глава 2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ И КОНСТРУКЦИИ СИСТЕМЫ КОМПЛЕКСНОЙ ЗАЩИТЫ ПОДЗЕМНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ И ТРУБОПРОВОДОВ СЖИЖЕННОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО О ГАЗА.
2.1 Актуальность применения системного подхода при создании эффективной комплексной защиты подземных резервуаров и трубопроводов СУГ.
2.2 Основные положения системного подхода применительно разработке комплексной защиты подземных резервуаров и трубопроводов СУГ с заданным уровнем требований СУГ.
2.3 Выявление, анализ и структурирование внешних воздействий на подзем'ные резервуарные установки СУГ.
2.4 Выявление целевых функций и анализ рзультатов внешних воздействий
2.4.1 Выявление целевых функций.
2.4.2 Анализ результатов внешних воздействий.
2.5 Задание уровня требований и разработка модели СКЗ.
2.6 Разработка системы комплексной защиты подземных резервуаров и трубопроводов СУГна основе предложенной модели СКЗ.
2.7 Проверка соответствия разработанной конструкции системы комплексной защиты подземных резервуаров и трубопроводов СУГ заданному уровню требований.
Выводы по главе 2.
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ
СИСТЕМЫ КОМПЛЕКСНОЙ ЗАЩИТЫ ПОДЗЕМНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ
И ТРУБОПРОВОДОВ СУГ.
3.1 Задачи исследований.
3.2 Определение типа~и параметров инертного газа, используемого в межстенном пространстве резервуаров и трубопроводов СУГ.
3.3 Выявление и исследование режимов безкоррозионной эксплуатации сосудов СУГ, заключенных в герметичный футляр, заполненный газообразным азотом.
3.4 Экспериментальная проверка эксплуатационных параметров системы комплексной защиты подземных резервуаров и трубопроводов СУГ, заключенных в полимерном футляре.
3.4.1 Цель и методика рроведения экспериментальной проверки системы комплексной защиты.
3.4.2 Оценка систематических ошибок при определении теоретических величин давления, температуры и относительной влажности инертного газа.
3.4.3 Определение погрешности измерений опытных величин.
3.4.4 Обработка и анализ полученных результатов.
Выводы по главе 3.
Глава 4. ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМ КОМПЛЕКСНОЙ ЗАЩИТЫ ПОДЗЕМНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ И ТРУБОПРОВОДОВ СЖИЖЕННОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА.
4.1 Основные положения системного анализа при оптимизации систем комплексной защиты подземных резервуаров и трубопроводов СУГ.
4.2 Разработка математической модели оптимизации систем комплексной защиты подземных резервуаров и трубопроводов СУГ.
4.3 Использование предлагаемой математической модели для обоснования варианта комплексной защиты резервуаров и трубопроводов СУГ.
4.4 Определение оптимальной формы полимерного футляра подземного резервуара сжиженного углеводородного газа.
4.5 Выбор оптимальных геометрических параметров полимерного футляра подземного резервуара СУГ.
Выводы по главе 4.
Глава 5. РАЗРАБОТКА ОСНОВ РАСЧЕТА И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОЛИМЕРНОГО ФУТЛЯРА И ЗАКЛЮЧЕННОГО В НЕГО ПАРОЖИДКОСТНОГО ТРУБОПРОВОДА СУГ.
Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Повышение эффективности и безопасности эксплуатации резервуаров и трубопроводов сжиженного углеводородного газа"
ченного в него парожидкостного трубопровода СУГ. 202
5.2 Теоретические предпосылки к вопросу исследования гидравлмческих параметров парожидкостных трубопроводов СУГ. 206
5.3 Разработка математической модели гидродинамического расчета парожидкостных трубопроводов сжиженных углеводородных газов в условиях их теплообмена с окружающей средой. 211
Выводы по подразделу 5.3. 224
5.4 Экспериментальные исследования гидравлических сопротивлений в парожидкостных трубопроводах СУГ в условиях их теплообмена с окружающей средой. 224
5.4.1 Описание экспериментальной установки и методов определения основцых параметров *. 224
5.4.2 Методика проведения экспериментальных исследований. 231
5.4.3 Результаты измерений и обработка эксперментальных данных. 240
Выводы по подразделу 5.4. 248
5.5 Разработка алгоритма расчета гидравлических сопротивлений и диаметров трубопроводов СУГ для пробкового режима течения парожид-костных смесей СУГ в условиях теплообмена с окружающей средой . 248
Выводы по подразделу 5.5 . 271
5.6. Определение оптимальных геометрических параметров защитного футляра- парожидкостного трубопровода СУГ. 272
Выводы по подразделу 5.6. 279
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ. 280
ЛИТЕРАТУРА. 282
ПРИЛОЖЕНИЯ. 306
ПРИНЯТЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Р,шд - уровень индивидуального риска, год"1; СЬь вероятности возникновения в течение года 1-ой аварии с горением смеси паров СУГ с воздухом на установке хранения ^образованием опасных факторов избыточного давления и теплового излучения, год"1; СЬш> СЬ п~ условные вероятности поражения человека в результате воздействий избыточного давления и теплового излучения при реализации ¡-ого типа аварии; р - плотность, кг/м3; Я - удельная газовая
-л постоянная, кДж/(кг-К); сопротивление теплопередаче, (м -К)/ Вт; Ъ - коэффициент сжимаемости; координата; X - коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К); коэффициент гидравлического сопротивления; 5 - толщина, м; аг- коэффици2 ент теплоотдачи, Вт/(м -К); с — удельная теплоемкость, кДж/(кг-К); скорость движения фаз, м/с; г - скрытая теплота парообразования, кДж/кг; Р - давление, '
Па; ДР - перепад ( потеря) давления, Па; р - парциальное давление, Па; I - температура, °С; время; расчетный год эксплуатации системы СКЗ; срок службы, год (лет); ширина радиального ребра жесткости, м; Р — температурный коэффициент объемного расширения, 1/К; объемное паросодержание, д.е.; % - ускорение свободного падения, м/с ; массовая доля вещества, в д.е.; v - коэффициент динамической вязкости, Н-с/м ; а - коэффициент температуропроводности,
-у м7с; коэффициент дисконтирования затрат; С - цена защитных агентов,
3 3 долл./(МВтч), долл. м , в
- расход (количество), кВт, м /год, кг/ч; т - время работы, с; точка росы,'°С; 0 - площадь (поверхность), м2; величина воздейст
3 3 вия; V - объем, м ; величина утечки, м /ч; В] — коэффициент, учитывающий сезонность поставок ЗА и Э; В2 - коэффициент, учитывающий надежность (га-рантированность) поставок ЗА и Э; к, К - удельные и полные капвложения в
2 т монтаж оборудования, долл./м (долл./м , долл./м), долл.; коэффициент, учитывающий перспективное удорожание ЗА и Э в 1>ом году эксплуатации без учета инфляции; коэффициент теплопередачи, Вт/(м -К); коэффициент жесткости обечайки, подкрепленной ребрами жесткости; Т - срок службы, лет; температура, К; f - количество замен р-ого элемента в течение срока службы СКЗ, Е -норма дисконта, 1/год; ц, Ц - удельная и полная стоимость оборудования СКЗ, долл./м" (долл./м , долл./м), долл.; и, И - удельные и полные эксплуатационные 3 затраты, долл./(м~-год) [(долл./(м год), долл./(мтод)], долл./год; ц0, ц, - коэффициенты удорожания ЗА и Э, характеризующие неопределенность конвертирования цен, соответственно для года сооружения и для текущего года эксплуатации СКЗ; <1 - диаметр, м; абсолютное влагосодержание, г/м3; 8 - толщина стенки, м; — расстояние между ребрами жесткости по осям, м; Н, Ь - длина (высота, глубина), м; Ф - фактор формы; <р - истинное объемное паросо-держание, д.е.; относительная влажность, %; доля годовых эксплуатационных затрат, %; Х - массовое паросодержание, д.е.; % ~ скорость фазового перехода жидкой фазы в паровую в единице объема, кг/(м 'с); М, т - масса, кг; т среднее во времени и по сечению потока касательное напряжение, кг/(м-с ); I — энтальпия, кДж/кг; А, В, С - числовые коэффициенты, экспериментально полученные для различных диапазонов температур; укор - уровень коррозионной
6 ' агрессивности; г| - коэффициент полезного действия, %; б - переменная в виде безразмерного числового комплекса; е - расстояние между осями стенки футляра и ребра; основание натурального логарифма; 5 - толщина, м; ц/ - приведенный коэффициент гидравлического сопротивления; х - массовое паросодержание, д.е.; 1 - уклон, д.е.; энтальпия, кДж/кг; - коэффициент бокового давления грунта в состоянии покоя; Ак - площадь поперечного сечения ребра' жесткости, м2; [а] - допускаемое напряжение при расчете по предельным нагрузкам, МПа; пу - коэффициент запаса устойчивости; Е - модуль продольной упругости при расчетной температуре, МПа; Ь - расстояние мелсду соседними б 1 ребрами в свету; 1к -' момент инерции поперечного сечения ребра жесткости, мы"1; Рк, И,,, Бцр, Бош - соответственно воздействия, обусловленные коррозией, нагревом, протечками в арматуре и разъемных соединениях, ошибками и несоблюдением норм при проектировании, изготовлении и эксплуатации РТ и систем их защиты; - механические воздействия на запорную и предохранительную арматуру, антикоррозионные покрытия; С?1п - тепловая энергия, переданная парожидкостной смеси СУГ через стенки футляра, тепловой изоляции трубопровода из окружающей среды, Вт; - тепловая энергия, затраченная на испарение части жидкой фазы СУГ, Вт; ^ -удельный линейный тепловой поток к парожидкостному трубопроводу, отнесенный к единице весового расхода, Дж/(кг м); ъ - координата; С, - коэффициент, учитывающий потери на трение в соединительных муфтах насоса.
БУКВЕННЫЕ ИНДЕКСЫ н - нижний(яя), начальный(ая); в - верхний(яя), вода; э.с - электропроводящая соль; к - кислород, котлован; радиальное ребро жесткости; сул -сульфаты; в-д — водород; инд — индивидуальный; и — инертный; р - расчетный; резервуар; гр - грунт; г - газ, год; п.н - насыщенный водяной пар; экв - эквивалентный; с — сталь, парожидкостная смесь; п — паровая фаза, полимерный, поверхность, полезный; доп - допустимое; ф — футляр, фундамент; отс - отсыпка; ут - утечка; о - окружающая среда; кор - коррозия; отч - отчуждаемая; м — металлический; п.ф. - полимерный футляр; огр - ограждение; у - укрепленная ребрами жесткости; ну - неукрепленная ребрами жесткости; ж - жидкая фаза. min, opt, max - минимальная, оптимальная и максимальная величины; z-ая подсистема; i-ый вариант; n-ный вариант; j-oe звено; р-ый элемент; к-ый элемент.
СУГ - сжиженный углеводородный газ; АГЗС — автомобильная газовая заправочная станция; МТАЗС — многотопливная автомобильная заправочная станция; ГНС - газонаполнительная станция; МИНИ-ТЭС - теплоэлектростанция малой мощности (до 25 МВт ч); РТ - резервуар и трубопровод; ЗА - защитный агент; Э - электроэнергия; ИГ - инертный газ; МП - межстенное пространство; ПЖТ - парожидкостный трубопровод.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Относительно невысокая стоимость сжиженного углеводородного газа (СУГ) по сравнению с жидкими видами топлива обуславливает свойственную рыночным отношениям тенденцию к развитию парка легковых и грузовых автомобилей, маршрутных такси, энергетических и промышленных установок, использующих СУГ в качестве основного или резервного топлива, а также сопутствующих им автомобильных газовых заправочных станций (АГЗС), многотопливных автомобильных заправочных станций (МТАЗС), ре-зервуарных установок промышленных и жилищно-коммунальных потребителей (РУ ПиЖКП), удалённых от магистральных трубопроводов природного газа жилых поселений.
Возросшие объемы строительства указанных объектов, оснащённых широко применяемыми до настоящего времени надземными резервуарами и трубопроводами (РТ), увеличение их вместимости вызвали серьёзный рост числа инциденл ' тов и аварий.
Высокая по сравнению с воздухом плотность паровой фазы СУГ, её затруднённое рассеивание в низких местах территории, быстрое возникновение и распространение парового облака при испарении жидкой фазы приводят к цепному характеру развития аварий, раскрытию стенок надземных резервуаров, взрыву парожидкостной смеси и образованию «огненного шара», характеризующимся высоким материальным, социальным и экологическим ущербами. Повышенная опасность надземных резервуаров обусловила введение в действие новых норм промышленной и пожарной безопасности, запрещающих надземную установку РТ на АГЗС и МТАЗС в черте населённых пунктов и резко ограничивающих их применение путём увеличения противопожарных разрывов в составе АГЗС за пределами жилых массивов [91].
Нормативные документы НПБ 111-98*, ГОСТ Р 12.3.047-98, ряд руководящих материалов, составленных на основе трудов ВНИИПО, Гипрониигаза, результатов исследований Шебеко Ю.Н., Малкина B.JL, Усачева А.П., БолодьянаИ.А., Гордиенко Д.М., Смолина И.М., Колосова В.А., Смирнова Е.В., Роева Э.Д., других ученых, рекомендуют подземную прокладку РТ СУГ на территории АГЗС, МТАЗС и других аналогичных объектов, требуют оснащения их системами локализации утечек СУГ, устройствами пассивной и активной защиты с постоянным автоматическим контролем герметичности и устанавливают снижение вероятности утечек и уровня индивидуального риска до величины не более 10~8 год"1.
В существующих системах защиты подземных РТ отсутствует постоянный автоматический контроль герметичности их основных элементов: стенок сосудов, трубопроводов, антикоррозионных покрытий, первых отключающих устройств, запирающих выход СУГ из РТ, не разработаны системы локализации утечек СУГ. Установки активной коррозионной защиты на основе катодной поляризации, получившие широкое применение, предотвращают только электрохимическую коррозию и не защищают от других её видов.
В этой связи разработка теоретических и прикладных основ безопасного и оптимального функционирования систем комплексной защиты (СКЗ) РТ СУГ путем заключения в защитный футляр, заполненный газообразным азотом с автоматическим контролем верхней и нижней границ давления является актуальной научно-технической проблемой. »
Диссертационная работа выполнена в ОАО «Гипрониигаз» и на кафедре «Теплогазоснабжение и вентиляция» Саратовского государственного технического университета в рамках комплексных программ и планов ОАО «Росгазифика-ция» и ОАО «Регионгазхолдинг» на 1988-2008 годы.
Цель работы - повышение эффективности и безопасности эксплуатации резервуаров и трубопроводов СУГ путем разработки теоретических основ и технических решений их комплексной защиты.
Основные задачи исследований: 1. Системный анализ требований, предъявляемых к СКЗ подземных резер
У I ' вуаров и трубопроводов, режимов и особенностей ее функционирования, внешних условий и построение на его основе модели СКЗ с заданным уровнем требований.
2. Разработка на базе полученной модели новых технических решений СКЗ подземных резервуаров и трубопроводов СУГ.
3. Получение зависимостей для определения параметров СКЗ подземных РТ СУГ, их проверка в условиях натурных экспериментов.
4. Разработка математической модели оптимизации СКЗ и обоснование на ее основе типа и конструкции системы.
5. ,Оптимизация 1;е'ометрических параметров полимерного футляра с заключенным в него резервуаром СУГ.
6. Разработка математической модели и алгоритма определения оптимального диаметра футляра в зависимости от оптимального диаметра парожидкостного трубопровода и потерь давления при течении СУГ.
7. Определение гидравлических сопротивлений при течении парожидкост-ной смеси СУГ в горизонтальном трубопроводе в условиях теплообмена с окружающей средой.
Методы исследований: системный подход при разработке СКЗ; системный анализ, математическое моделирование, численные методы, методы декомпозиции и направленного поиска при решении задач оптимизации и гидродинамических расчетов СКЗ и ее основных элементов; методы математической статистики при обработке результатов физических измерений, натурный эксперимент.
Научная новизна результатов работы:
1. Предложен системный метод разработки СКЗ резервуаров и трубопроводов СУГ, позволяющий на основе выявления целевых функций и задания им минимальных нормативных значений получить модель устройства СКЗ, уменьшаю
3 1 8 щей вероятность разгерметизации с 10" год" для существующих аналогов до 10"
1 « ' год". Предложенный метод защищен свидетельством авторского права № 13356.
2. На основе предложенной модели разработаны новые технические решения комплексной защиты резервуаров и трубопроводов путем заключения их в защитные футляры, заполненные газообразным азотом с автоматическим контролем верхней и нижней границ давления, защищенные патентом № 18564.
3. Получены аналитические зависимости, позволяющие определять эксплуатационные параметры предлагаемой СКЗ, при которых предотвращается коррозия наружных поверхностей подземных резервуаров и трубопроводов СУГ. Экспериментальная проверка подтверждает достоверность предложенных аналитических зависимостей с погрешностью 13,4 %.
4. Предложена математическая модель оптимизации системы комплексной 4 защиты РТ СУГ, заключенных в полимерный футляр, позволяющая на базе системного подхода приводить все конкурирующие варианты СКЗ к единой структуре, учитывающая динамику развития СКЗ и иерархию ее функционирования в условиях неопределенности экономической информации.
5. Разработан алгоритм обоснования типа СКЗ резервуаров и трубопроводов СУГ в условиях неопределенности конвертирования ценовых факторов.
6. Предложены методические рекомендации по определению оптимальных формы и геометрических параметров полимерных футляров для резервуаров.
1, Разработана математическая модель определения оптимальных диаметра и толщины тепловой изоляции футляра, диаметра заключенного в футляр паро-жидкостного трубопровода и потерь давления при течении СУГ.
8. Получены аналитические зависимости и инженерный алгоритм для определения гидравлических сопротивлений при течении парожидкостной смеси СУГ в горизонтальном трубопроводе в условиях теплообмена с окружающей средой. Экспериментальные исследования подтверждают достоверность предложенной математической модели с погрешностью 15,2 %.
Основные защищаемые положения:
1. Системный метод разработки и новые технические решения комплексной защиты резервуаров и трубопроводов СУГ.
2. Результаты исследований эксплуатационных параметров предлагаемой СКЗ резервуаров и трубопроводов СУГ.
3. Математическая модель оптимизации системы комплексной защиты резервуаров и трубопроводов СУГ, заключенных в полимерный футляр.
4. Алгоритм обоснования типа СКЗ резервуаров и трубопроводов СУГ в условиях неопределенности конвертирования ценовых факторов.
5. Результаты оптимизации формы и геометрических параметров защитных полимерных футляров для резервуаров СУГ.
6. Математическая модель оптимизации диаметра и толщины тепловой изоляции футляра, диаметра заключенного в футляр парожидкостного трубопровода и потерь давления при течении СУГ.
7. Результаты опытно-промышленных испытаний и внедрения СКЗ резерву аб ' ров и трубопроводов СУГ, новая нормативная техническая документация.
Практическая ценность и реализация результатов работы:
1. Предложенный системный метод разработки СКЗ резервуаров и трубопроводов СУГ, защищенный свидетельством авторского права № 13356, отличается универсальностью и позволяет на основе выявления целевых функций и задания им минимальных нормативных значений получать модели сложных технических систем в различных областях прикладной науки и техники. Применение метода позволяет свести к минимуму уровень риска при реализации новых разработок в условиях их венчурного финансирования. Метод апробирован при разработке трех технических систем и реализован в рамках программы «Старт 2008».
2. Разработанные способы и технические решения по повышению эффективности и безопасности эксплуатации резервуаров и трубопроводов обеспечивают комплексную защиту путем заключения их в футляр, заполненный азотом с контролируемыми параметрами давления, защищены патентами и реализованы в следующей нормативной и технической документации:
- Технические предложения по повышению безопасности и снижению стоимости многотопливных и газовых автозаправочных станций, одобренные письмом ФГУ ВНИИПО МВД России № 43/3.5/1198 от 23.04.2001 г.;
- СТО 17446935-1-2008 «Технические решения по обеспечению герметичности установок хранения и распределения сжиженных углеводородных газов путем заключения их в футляр с азотом», утвержденный ОАО «Росгазификация»
12.03.2008 г. и согласованный письмом № 11-10/1521 от 24.04.2008 г. Ростехнад-зора России.
Л '
3. Разработанные методики и рекомендации позволяют обосновывать тип СКЗ, осуществлять выбор геометрических параметров полимерного футляра для резервуара СУГ, диаметра футляра парожидкостного трубопровода (ПЖТ), определять потери давления при течении СУГ. Они реализованы в следующих руководящих документах:
- СТО 03321549-001-2008 «Рекомендации по обоснованию типа системы комплексной защиты и оптимизации полимерного футляра для резервуара «СУГ»/ОАО «Гипрониигаз» - Саратов, 2008;
- СТО 03321549-002-2008 «Рекомендации по рбоснованию варианта системы комплексной защиты парожидкостных трубопроводов СУГ и оптимизации ее параметров» / ОАО «Гипрониигаз». - Саратов, 2008;
- Методика гидравлического расчета системы снабжения потребителей сжиженным газом с подачей жидкой фазы. Введена в действие приказом № 130 от 30.12.1985 г. по Главгазу Минжилкомхоза РСФСР. - Саратов: Гипрониигаз, 1986.
4. Предложенные технические решения СКЗ РТ внедрены в комплекте технико-эксплуатационной документации на технологическую систему АГЗС с двустенными резервуарами ТС «КЗПМ-С», согласованную письмом ВНИИПО и ГУГПС МЧС России № 43/3.5/1049 от 3.06.2004 г, по которой ЗАО «Джи Ти Се-вэн» (г. Кузнецк,, Пензенской обл.) осуществляется серийное производство резервуаров и трубопроводов СУГ для баз хранения АГЗС и МТАЗС.
5. Предложенные научно-технические решения нашли практическое применение при подготовке спецкурса по системам хранения и распределения СУГ для студентов и магистрантов специальности ТГС СГТУ; курса лекций и практических занятий по эксплуатации и обслуживанию объектов СУГ для специалистов АГЗС, проводимых ОАО «Гипрониигаз»; Пособия по проектированию, строительству и эксплуатации АГЗС (Саратов: Сателлит, 2004. — 200 с). а
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» в рамках XVI международной специализированной выставки «Газ. Нефть. Технологии-2008» (Уфа, 2008); 1-ой Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы нормотворчества в газораспределительной подотрасли - современное состояние и перспективы» (Саратов, 2001); Российской научно-технической конференции «Перспективы использования сжиженных углеводородных газов» (Саратов, 2003), Российском конгрессе по газораспределению и газопотреблению (Санкт-Петербург, 2006); ежегодных научно-технических конференциях СГТУ (Саратов, 2000-2008); ежегодных научно-технических конференциях ОАО «Гипрониигаз» (Саратов, 1982-2008); научно-технических советах ОАО «Росгазификация (Москва, 1990, 1997, 2002), .ОАО «Регионгазхолдинг» .(Москва, 2003), ГРО России (Тверь, 2008), ЗАО «Джи Ти Севон» (Кузнецк Пензенской области, 2008), ОАО «Пензахиммаш» (Пенза, 2003); отраслевом семинаре Мингазпрома «Повышение технического уровня и качества продукции на основе достижений научно- технического прогресса газовой промышленности» (Москва, ВДНХ СССР, 1989); научно-технической конференции «Пути и методы рационального использования сжиженного и природного газов в промышленных, коммунально-бытовых и сельскохозяйственных производствах» (Киров, 1988); Техническом совете ПО «Тю-меньгазификация» (Новый Уренгой, 1988); межвузовской научно-технической конференции (Саратов,« Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова, 2003). '
Публикации и личный вклад автора.
По теме диссертации опубликовано 42 печатные работы (13 из них - в научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ), в т.ч. 3 свидетельства и патента, 3 нормативных документа.
Автору принадлежат постановка задач исследований, их решение, разработка новых технических решений СКЗ, непосредственное участие в экспериментальных и опытно- промышленных испытаниях, анализ и обобщение результатов исследований, внедрение результатов исследований, формирование научного направления.
За помощь в процессе выполнения работы автор выражает благодарность коллективам кафедры ТГС СГТУ и ОАО «Гипрониигаз».
Заключение Диссертация по теме "Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ", Шурайц, Александр Лазаревич
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
1.В результате анализа выявлен высокий уровень пожаро-, взрыво и экологической опасности существующих резервуаров и трубопроводов СУГ на АГЗС, МТАЗС, ГНС и обоснована необходимость разработки систем комплексной защиты РТ от утечек, коррозии и нагрева.
2. Предложен системный метод разработки СКЗ от утечек, коррозии и нагрева РТ СУГ, позволяющий, на основе выявления целевых функций и задания им минимальных нормативных значений, получить модель устройства
7 1
СКЗ, уменьшающую вероятность разгерметизации с 10" год" для сущест
8 1 вующих аналогов до 10" год" ; предложенный метод защищен свидетельством авторского права № 13356, отличается универсальностью и позволяет получать модели сложных технических систем в различных областях прикладной науки и техники. Применение метода позволяет свести к минимуму уровень риска при реализации новых разработок в условиях их венчурного финансирования; метод апробирован при разработке трех технических систем и реализован в рамках программы «Старт 2008».
3. Разработаны и внедрены новые технические решения комплексной защиты от утечек, коррозии и нагрева на основе предложенной модели, путем заключения РТ в защитные футляры, заполненные азотом с автоматическим контролем верхней и нижней границ давления, защищенные патентом № 18564.
4. На основе аналитических зависимостей по определению эксплуатационных параметров предлагаемой СКЗ разработаны и внедрены технические решения и рекомендации по предотвращению утечек, коррозии и нагрева наружных поверхностей подземных резервуаров и трубопроводов СУГ. Экспериментальная и промышленная проверка подтверждает достоверность предложенных аналитических зависимостей с погрешностью 13,4 %. й ' ' ,
5. Предложена экономико-математическая модель, разработаны на ее основе и внедрены рекомендации по оптимизации систем комплексной защиты
РТ СУГ, заключенных в полимерный футляр, позволяющие получать достоверные результаты в условиях неопределенности исходной экономической информации.
6. Разработан и внедрен алгоритм обоснования типа СКЗ резервуаров и трубопроводов СУГ в условиях неопределенности конвертирования ценовых факторов. При использовании предлагаемой системы комплексной защиты досб ' тигае'тся экономия интегральных затрат в размере 80,7%.
7. Предложены методические рекомендации по выявлению экономически целесообразной формы и определению оптимальных геометрических параметров защитных полимерных футляров для резервуаров СУГ, позволяющие сократить капитальные вложения в них на 77.9 %.
8. На основе предложенной математической модели разработаны и внедрены рекомендации по определению оптимальных диаметра и толщины тепловой изоляции футляра, диаметра заключенного в футляр парожидкостного трубопровода и потерь давления при течении СУГ. ,
9. На базе полученных аналитических зависимостей и инженерного алгоритма разработана программа определения гидравлических сопротивлений при течении парожидкостной смеси СУГ в горизонтальном трубопроводе в условиях теплообмена с окружающей средой, нашедшая применение в рекомендациях по определению оптимальных параметров футляра парожидкостного трубопровода СУГ.
10. Внедрение результатов исследований в практику проектных, строительных, эксплуатационных организаций и заводов-изготовителей позволяет
6 ' уменьшить уровень индивидуального риска до значений: Ринд < 10"8. Подтвержденный экономический эффект от внедрения 185 технологических систем хранения и распределения СУГ, оснащенных предлагаемыми СКЗ, составляет 356,0 млн. руб.
Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Шурайц, Александр Лазаревич, Саратов
1. Абдурашитов С.А., Тупиченков A.A. Трубопроводы для сжиженных углеводородных газов. - М.: Недра, 1965. - 216 с.
2. Авт. Свидетельство № 1652826 от 01.02.91. Устройство для измерения уровня жидкости/ Шурайц А.Л., Рубинштейн С. В., Народицкий М.Н. //М., 1991. -7с.
3. Альперин В.И., Корольков Н.В., Мотовкин A.B., Телешов В.А. Конструкционные стеклопластики.- М.: Химия, 1979. -360с.
4. Альтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения. М.: Московский рабочий,а '1973:-296 с. ;
5. Арманд A.A. Сопротивление при движении двухфазной смеси по горизонтальным трубам // Изв. ВТИ. 1946. - №1. - С. 16-23.
6. Арманд A.A., Трещев Г.Г. Исследование сопротивления при движении пароводяной смеси в обогреваемой котельной трубе при высоком давлении // Изв. ВТИ. 1949. - №4.- С. 53.
7. Берхман Е.И. Экономика систем газоснабжения. Л.: Недра, 1976. - 375с.
8. Боглаев Ю.П. Вычислительная математика и программирование. -М.: Высшая школа, 1990. 544с.а '
9. Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха): Учебник для вузов. -2-е изд., пераб. и доп. М.: Высш. школа, 1982. - 415с.
10. Богуславский Л.Д. Экономика теплогазоснабжения и вентиляции. М.: Стройиздат, 1988. - 320с.
11. Болодьян И.А., Шебеко Ю.Н., Малкин В.Л., Гордиенко Д.М., Смолин И.М., Колосов В.А., Смирнов Е.В. Пожарная опасность многотопливных автозаправочных станций.// Полимергаз. 2000.- №2. -С. 16-19.'
12. Болодьян И.А.,; Шебеко Ю.Н., Малкин В.Д., Гордиенко Д.М., Смолин И.М., Колосов В.А., Смирнов Е.В. Пожарная опасность многотопливных автозаправочных станций.// Полимергаз- 2000.- №3.- С.22-27.
13. Будкин А. «Каждый сам за себя»// За рулем.- 2001.- №12.- С.96-98.
14. Будкин А. «Тосол» или «антифриз?»// За рулем. -1998. -№7. С.96-97.
15. Вайсман М.Д. Термодинамика парожидкостных потоков. -Л.:Энергия, 1967. 270с.
16. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Изд-во физ. мат. лит., 1963.- 708с.4 '
17. Васильев Г.В. Использование низкопотенциальной энергии поверхностных слоев земли для теплохладоснабжения зданий // Теплоэнергетика.- 1994. №2. - С.31-35.
18. Вильяме А.Ф., Ломм В.Л Сжиженные нефтяные газы. Изд. 2-е перераб. -М.: Недра, 1985. 339с.
19. Вычислительная техника и программирование /А.В.Петров, В.Е.Алексеев, А.С.Ваулин и др. Под ред. А.В.Петрова М.: Высшая школа, 1990. - 479с.
20. Гидродинамика газо- жидкостных смесей /В.А.Мамаев, Г.Э.Одишария, Н.И.Семёнов и др.- М.:Недра, 1969.-208 с.
21. Голубев A.B. Дистанционный способ измерения температуры термопарными датчиками без их предварительной градуировки//Материалы к основамучения о мерзлых зонах земной коры. Вып. 5. М.: Изд. АН СССР, 1960.-С.76-81.
22. Гольденвейзер А.Л.Теория упругих тонких оболочек.-М.:Наука,1976.-512с.
23. ГОСТ 12.1.004-91 Пожарная безопасность. Общие требования. М.: Изд.стандартов, 1992. 78с.6 1
24. ГОСТ 9.602-89* Единая система защиты от коррозии и старения.
25. Сооружения подземные. М.: Изд-во стандартов, 1989.-51с.
26. ГОСТ 14249-89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. М.: Издат-во стандартов, 1989.-80с.
27. ГОСТ 14894-69 Термоэлектрические термопары образцовые 2-го разряда и общепромышленного назначения для низких температур. Комитет Стандартов, мер и измерительных приборов при Совете министров СССР. М., 1970.- 8с.
28. ГОСТ 20448-90. Газы углеводородные сжиженные топливные для коммуй ' нально-бытового потребления. Технические условия. М.: Издат-во стандартов, 1991. - Юс.
29. ГОСТ 25859-83 Сосуды и аппараты стальные. Нормы и методы расчета на прочность при малоцикловых нагрузках. М.:Изд-во стандартов, 1983.-31с.
30. ГОСТ 27578-87. Газы углеводородные сжиженные, используемые в качестве моторного топлива. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1987. - 12с.
31. ГОСТ 28084-89 Жидкости охлаждающие низкозамерзающие. Общие технические условия. М.:Изд-во стандартов, 1989.-22с.
32. ГОСТ 8050-85 Двуокись углерода газообразная и жидкая. Технические условия. М.:Изд-во стандартов, 1995. - 33с.
33. ГОСТ 9293-74*. Азот газообразный. Технические условия. М.:Изд-во стандартов, 1974. - 31с.
34. Г<ЭСТ Р 12.3.04:98 Пожарная безопасность технологических процессов. -М.: ИПК. Изд-во стандартов, 1998.- 85с.
35. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. JL, Стройиздат, 1988.-435с.
36. Дербаремдикер Д.Е., Кириченко А.И., Николаев H.H.// Химия и технолоб 1гия топлива и масел, 1980.- №5.-С.29.
37. Движение газожидкостных смесей в трубах / В.А.Мамаев, Г.Э.Одишария, О.В. Клапчук и др. Ы.: Недра, 1978. - 270с.
38. Двухфазный транспорт нефти и газа/ Г.Э. Одишария, В.А. Мамаев, О.В. Клапчук и др// Сер. транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов /Научно-техн. обзор М.: ВНИИОЭНГ, 1977. - 57 е.
39. Дейч М.Е., Филиппов Г.А. Газодинамика двухфазных сред. -2-е изд. перераб. и доп. М.: Энергоиздат, 1981. - 472 с.
40. Делайе Дж., Гио М., Ритмюллер М. Теплообмен и гидродинамика двухфазных потоков в атомной и тепловой энергетике: Пер. с англ. М.: Энерго-атомиздат, 1984. -424 с.
41. Джонс Дж. К. Методы проектирования. / Пер. с англ. 2-е изд. -М.: Мир. 326 с.
42. Дэвис А., Шуберт Р. Альтернативные природные источники энергии в строительном проектировании / Перевод с англ. A.C. Гусева, под ред.
43. Э.В. Сарнацкого. М.: Стройиздат, 1983. - 190с.
44. Дюнин А.К., Борщевский Ю.Т., Яковлев H.A. Основы механики многокомпонентных потоков. Новосибирск: СО АН СССР, 1965. - 65 с.6
45. Едигаров С.Г., Бобровский С.А. Проектирование и эксплуатация нефтебаз и газохранилищ. М.: Недра, 1973. - 367с.
46. Единая система газоснабжения. Проблемы перехода к рынку / Под ред. Ю.И., Ю.И. Боксермана, В.А. Смирнова -М.: ИЭН. РАН., Энергоцентр. -1993. -224с.I
47. Жданова H.JL, Халиф A.JI. Осушка природных газов М: Недра, 1975. -160с.
48. Зиневич A.M., Глазков В.И., Котик В.Г. Защита трубопроводов и резервуаров от коррозии. -М.: Недра, 1975. 128с.
49. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975. - 559с.
50. Инструкция по изоляции стыков и ремонту мест повреждений покрытия газопроводов, построенных из труб с мастичным битумным покрытием. -M., АКХ, 1997. 56с.у f I
51. Инструкция по1 техническому переосвидетельствованию подземных резервуаров// Сборник руководящих материалов для работников газового хозяйства.- Л.:Недра. 1985. - Т. 3. - С200-209.
52. Ионин A.A. Надежность городских систем газоснабжения. -М.:Стройиздат, 1980.-231 с.
53. Калинчев Э.Л. Саковцева М.Б. Выбор пластмасс для изготовления и эксплуатации изделий: Справ, изд. Л.: Химия, 1987.- 416с.
54. Канакин Н.С., Коган Ю.М. Технико-экономические вопросы электрофи-кации сельского хозяйства. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 192с.I
55. Канцельсон М.Ю., Балаев Г.А. Полимерные материалы: Справочник, -Л.: Химия, 1982.-317с.
56. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. -М.: «Наука», главная редакция физ.-мат. литературы, 1970. 104с.
57. Клапчук О.В., Елин H.H. Истинные концентрации жидкости и газа в газопроводах системы промысел ГПЗ // Газовая пром-сть, Сер. Транспорт и хранение газа: Реф. сб.- М.: ВНИИЭгазпром, 1979.- Вып. 3. - С. 18-28.
58. Клименко А.П. Сжиженные углеводородные газы. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1974. - 368 с.
59. Кноп А., Шейб В. Фенольные смолы и материалы на их основе. М., 1983.- 298с.
60. Коврижных В.П., Бартоломей Г.Г., Харитонов Ю.В.Исследование гидравлического сопротивления при кипении недогрртой воды в равномерно обогреваемой трубе// Теплоэнергетика. -М., 1979. № 7. - С. 64-65.
61. Костерин С.И. Исследование влияния диаметра и расположения трубы на гидравлическое сопротивление и структуры течения газо-жидкостной смеси // Известия ОТН АН СССР. 1949. - №12. - С. 1824-1835.
62. Костерин С.И. Исследование структуры потока двухфазной смеси в горизонтальных трубах// Известия ОТН АН СССР. 1948. - №7. - С. 37-45.
63. Козлова И.А., Коптева Ж.П., Пуриш Л.М. Микробная коррозия и,защита подземных металлических сооружений/.// Практика противокоррозионной защиты 1999.- №3. - С13.
64. Курицын Б.Н. Оптимизация систем теплогазоснабжения и вентиляции.-Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1992. 160с.
65. Курицын Б.Н. Системы снабжения сжиженным газом. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1990. - 189с.
66. Курицын Б.Н., Усачев А.П., Шамин О.Б. Обоснование оптимального ти-поряда вертикальных подземных резервуаров сжиженного газа//Актуальные проблемы развития систем теплогазоснабжения и вентиляции: Межвуз. научи. сб. Саратов: СГТУ, 1998. - С. 19-24.
67. Курицын Б.Н., Усачев А.П., Шамин О.Б. Экономические предпосылки к выбору источника энергоснабжения зданий. // V международный съезд АВОК. М.: Изд-во ГП Информрекламиздат, 1996. - С. 105-110.
68. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М.: Атомиздат, 1979.-415с.
69. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. -М.: Госэнергоиздат, 1959. 414с.
70. Кутателадзе С.С., Стырикович М.А. Гидродинамика газожидкостных систем. М.: Энергия, 1976. - 296с.
71. Кутепов A.M., Стерман Л.С., Стюшин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании: Учеб. пособие для втузов. 3-е изд., испр. - М.: Высш. шк., 1986.-448 с.
72. Линдлар В.Ю. Техническая диагностика// Полимергаз, 1997. №4. - С41-42.
73. Логинов B.C. Сооружения и объекты снабжения сжиженным газом. М.: Стройиздат, 1979. -157с.
74. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1978.- 736с.
75. Мамаев В.А., Одишария Г.Э. Трубопроводный транспорт газоа 'жидкостных смесеи//Сер. Газовое дело: Научн:-техн. обзор/ М.: ВНИИОЭНГ, 1966. - 104 с.
76. Маршалл В. Основные опасности химических производств: Пер. с англ. -М.:Мир, 1989. 672 с.
77. Мелентьев Л.А. Системные исследования в энергетике. 2-е изд., доп. и перераб. М.: Наука, 1983. - 456с.
78. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов. Утв-но Министерством экономики РФ, Министерством финансов
79. РФ, Гос. комитетом РФ построительной, архитектурной и жилищной поли'тике №ВК 477 от 21.06.1999. -198с.'
80. Методические рекомендации по расчету термодинамических свойств природного газа / С. Д. Барсук, Ю. В. Сурков, О.А.Бенъяминович и др. М.:1. ВНИИГАЗ, 1975.- 16с.'
81. Методические указания по гидравлическому расчету газоконденсатных скважин/ О.В. Клапчук, Г.А. Зотов, H.H. Елин и др. М.: ВНИИГАЗ, 1980. -32 с.
82. Методические указания по гидравлическому расчету шлейфовых газопроводов / Г.Э. Одишария, О.В. Клапчук, H.H. Елин и др. М.: ВНИИГАЗ, 1979.-28с.
83. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.:«Энергия», 1977.-344с.
84. Мутовин Ю.Г., Одишария Г.Э. Обобщение методов расчета теплофизиб 'ческйх свойств смесей углеводородных газов, включающих азот // Проблемы транспорта газа: Сб. статей. ВНИИГАЗ. М., 1983. - С. 97-111.
85. Мюллер И. Эвристические методы в инженерных разработках/ Пер. с нем. М.: Радио и связь, 1984. - 144с.
86. Нерубайло Б.В. Локальные задачи прочности цилиндрических оболочек.-М.: Машиностроение, 1983. 248 с.
87. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985.- 248с.
88. Нормы амортизационных отчислений по основным фондам народного хозяйсТва.- М.: Экономика, 1974. -53с.'
89. НПБ 107-97 Определение категорий наружных установок по пожарной опасности. М.: ГУГПС МВД России, 1997. - 69с.
90. НПБ 111-98** Автогазозаправочные станции. Требования пожарной безопасности. М.: ФГУ ВНИИПО МВД России, 2001.- 76с.
91. Одишария Г.Э., Шурайц А.Л., Рубинштейн С. В. Экспериментальные исследования истинного паросодержания в потоке сжиженных углеводородных газов // Магистральный транспорт природного газа: Сб. статей. ВНИИ-ГАЗ.- М., 1989.- С.31-45.
92. Орлов М.А. Основы классической теории решения изобретательских задач. Практическое руководство изобретательного мышления. 2-е изд.-е испр. и доп. М.: СОЛОН - ПРЕСС, 2006.- 432с.
93. ОСТ 153-39.3-052-2003 Техническая эксплуатация газораспределительныхб 1систем. С.: Три А<2003. - 96 с.
94. Павлович Н.В. Справочник по теплофизическим. свойствам природных газов и их компонентов. M.-JL: Госэнергоиздат, 1962. -118с.
95. Павлюк Ф.А., Коптелова И.Н., Хорькова Н.К. Выбор зон рационального применения природного и сжиженного газа при проектировании систем газоснабжения // Использование газа в народном хозяйстве: Сб. статей. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1974. - С. 3-6.
96. Павлюк Ф.А. Некоторые вопросы оптимизации систем газоснабжения на базе сжиженного газа. Дис. кан. техн. наук. М., 1972.- 210с.л '
97. Патент на изобретение № 2187037. Установка для хранения и распределения сжиженного углеводородного газа./ А.П.Усачев и др. Бюл. №22,- М.,2002.- 12с.
98. Патент Р.Ф. №1809910. F17 СЗ/00. 13/06. Подземный резервуар для хранения и регазификации сжиженного углеводородного газа / А.П., Усачев Б.Н., Курицын H.H. Кочегаров М., 1992. -8с.
99. ПБ -03-576-03 Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением М.: ГУП НТЦ «Промышленная безопасность»,2003.- 192 с.
100. ПБ 12- 527-03 ¡Правила безопасности при эксплуатации автомобильных заправочных станций сжиженного газа. М.: ГУП НТЦ «Промышленная безопасность», 2003.- 92 с.
101. ПБ 12-529-03 Правила безопасности систем газораспределения и газопотребления. М.: ГУП НТЦ «Промышленная безопасность», 2003 .-200с.б '
102. ПБ 12-609-03 Правила безопасности для объектов, использующих сжиженные углеводородные газы М.: ГУП НТЦ «Промышленная безопасность», 2003.- 104с.
103. Плитман И.Б. Справочное пособие для работников автозаправочных и автомобильных газонаполнительных станций. М.: Недра, 1990.- 160с.
104. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества: Учеб. Пособие для студентов втузов. М.: Машиностроение, 1988. - 368с. Юб.Попырин JI.C. Математическое моделирование и оптимизация теплоэнергетических установок. - М.: Энергия, 1978.,- 416с.
105. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений к (СНиП 2.02.01-83) НИОСП им. Герсеванова. М.: Стройиздат, 1986.- 415с.
106. Правила составления, подачи и рассмотрения заявки на выдачу патента на изобретение// Патенты и лицензии. 1998. №12. - С2-32.
107. Преображенский Н.И. Сжиженные газы. JL: Недра, 1975. -227с.
108. Рахматуллин Х.А. Основы газодинамики взаимопроникающих движений сжимаемых сред //ПММ.- 1956. -Т. 20, Вып. 2.-С. 184- 195.
109. РД 153-39.4-091-01 Инструкция по защите городских подземных трубопроводов от коррозии М. - 4-й филиал Воениздата. 2002. - 202с.
110. РД 3-137-88. Руководящий документ. Порядок расчета на устойчивость положения (против всплытия) газопроводов, прокладываемых на обводненных участках трассы. Саратов: Гипрониигаз, 1988.- 50с.
111. Роев Э.Д. Пожарная защита объектов хранения и переработки сжиженных газов. М.: Недра, 1980. -183с.
112. Романонов В.Н. Системный анализ. СПб.: СЗГЗТУ, 2006. -186с.
113. Рубинштейн С. В., Шурайц A.JL Расчет потерь напора в трубопроводах сжиженных газов //Газовая промышленность. 1985. - № 9,- С. 47.
114. Сборник нормативных документов для работников строительных и эксt fплуатационных организаций газового хозяйства РСФСР. Защита подземных трубопроводов от коррозии. Л.:Недра, 1991. - 221с.
115. Свидетельство на полезную модель №18564. Установка для хранения и распределения сжиженного углеводородного газа/ А.П. Усачев, А.Л. Шурайц,
116. А.В.Фролов и др. (Россия). М.-2001.- 8с.1
117. Селезнев Л.И. Некоторые проблемы механики двухфазных сред и образования конденсационной фазы в проточных частях турбин: Автореф. диссертации докт. техн. наук. М.: МЭИ, 1976. - 26 с.
118. Системные исследования в энергетике в новых социально-экономических условиях / В.П. Булатов, Н.И. Воропай, А.З. Гамм и др. Новосибирск: Наука, 1995. -189с.
119. Слёзкин H.A. Дифференциальные уравнения движения пульпы //ДАН СССР. 1952. - Т. 86, №2. - С. 235-237.
120. СП 42-101-2003* Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб. -М.: ЗАО «Полимергаз», ФГУП ЦПП. 2003. -165с.
121. СП 42.102 2004. Проектирование и строительство газопроводов из металлических труб. - М.: ЗАО «Полимергаз». ГУП ЦПП, 2004. - 107с.
122. СП 42.103 2004. Проектирование и строительство газопроводов из полиэтиленовых труб и реконструкция изношенных газопроводов. - М.: ЗАО «Полимергаз», ФГУП ЦПП.- 2004. - 90с.
123. Спицнадель В.Н. Основы системного анализа/ В.Н. Спицнадель. СПб.: Издат- дом «Бизнес -пресса», 2000.- 204 с.
124. Справочно-статистический сборник. Мир цен / НИИ ценообразования Роскомцен. -Вып. -1/6АО Цена Консалтинг, 1993. 79с.
125. Стаскевич Н.Л. Справочник по сжиженным углеводородным газам. -Л.:Недра, 1.986. 543с.
126. Стерман Л.С. Исследование теплообмена при кипении жидкости в трубах // ЖТФ. 1954. - Т. 24, Вып. II. - С. 2046 - 2053.
127. Страхов В.Л., Крутов A.M., Давыдкин Н.Ф. Огнезащита строительных конструкций. М.: ТИМР, 2000.- 433с.
128. Строительные нормы и правила (СНиП IV-4-8200) Сборник средних сметных цен на материалы, изделия и конструкции.- М.: Стройиздат, 1984.-167с.
129. СНиП 12-03-2001. Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования. М.: Госстоя России, 2001. - 84с.
130. СНиП II-3-79**. Строительная теплотехника. -М.: Стройиздат, 1986. -32с.
131. СНиП 2.01.01-2001. Строительная климатология и геофизика М.: Стройиздат, 2001. -136с.
132. СНиП 2.07.01-89. Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. -56с.
133. Строительные нормы и правила 42 -01 -2002.Газораспределительные системы. М.: ГУП ЦПП Госстроя России, 2003 .-33с.
134. Телетов С.Г. Вюпросы гидродинамики двухфазных смесей. Уравнения гидродинамики и энергии // Вестник МГУ, сер. Математики и механики. -1958.-№2.-С. 15-27.
135. Телетов С.Г. О коэффициентах сопротивления при течениях двухфазных смесей//ДАН СССР. 1946. - Т. 51.-№8.-С. 579-582.
136. Телетов С.Г. Уравнения гидродинамики двухфазных жидкостей // ДАН СССР. 1945. - Т. 50,- №4. - С. 99-102.
137. Теоретические основы системного анализа/ В.И. Новосельцев, Б. В. Тарсов, В.К. Голиков, Б Е. Демин.- М.: Изд-во: Майор, 2006 592с.
138. Теплопередача в двухфазном потоке/Под ред. Д. Баттерворса и Г.Ф. Ньюитта: Пер. с англ. М.: Энергия, 1980. - 328с.
139. Теплоэнергетика и теплотехника. Общие вопросы / Под ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина. Книга 1. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 456с.
140. Термодинамические свойства легких углеводородов парафинового ря'да/А.П. Клименко, А.А.Петрушенко, Ю.А. Васнецов и др. Киев: Изд-во АН УССР, 1960,- 96с.
141. Технические решения ТР-4-94. Установка из двух резервуаров подземных вертикальных РПВ-04 с двумя головками резервуарными малогабаритными ГРМ-04. Альбом 1. // Утверждены ОАО «Росгазификация» 08.09.1994 Саратов, 1994. - 73с.
142. Технологическая система автозаправочной станции с двустенными подземными резервуарами//Каталог нефтеемкостного оборудования. Гагарин: ОАО,«Гагаринмашзавод», 2000. - С. 22-23.
143. Тиличев М.Д Физико-химические свойства индивидуальных углеводородов. М. - Л.: Гостопиздат, 1947.- Вып. 2-4. -251с.
144. Ткаченко В.Н., Гущин В.В. Целесообразность эксплуатации газопроводных сетей без электрохимической защиты// Безопасность труда в промышленности, 2000, №7. С56-58.
145. Ткаченко В.Н. Электрохимическая защита трубопроводных сетей: Учебное пособие. Волгоград: ВолгГАСА.- 1997. - 312с.
146. Топливно-энергетический комплекс России: ключевые проблемы и приоритеты развития / Под. ред. А.П. Меренкова, М.Б. Чельцова. Новосибирск: Наука, 1995. -312с.
147. Третьяк JI.H. Обработка результатов наблюдений: Учебное пособие.
148. Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. 171с.6 1
149. Уоллис Г. Одномерные двухфазные течения: Пер. с англ. М.: Мир, 1972. -440с.
150. Усачев А.П. Математическое моделирование и комплексная оптимизация сберегающих систем энергоснабжения малых потребителей // Вопросы совершенствования региональных энергетических систем и комплексов: Сб. научн. трудов Саратов: СГТУ, 1999. - С.60-66.
151. Усачев А.П. Структурирование и определение внешних связей сберегающих систем энергоснабжения малых потребителей // Вопросы совершенствования региональных энергетических систем и комплексов: Сб. научн. трудов Саратов: СГТУ, 1999. - С.74-81.
152. Усачев А.П., Усачев М.А., Фролов A.B. Защита систем снабжения сжиженным углеводородным газом от коррозии //Полимергаз. -2000.- N1.-С. 20-21.
153. Усачев А.П., Шурайц A.JL, Феоктистов A.A. Алгоритм разработки систем обеспечения промышленной безопасности опасных производственных объектов (на примере установок хранения СУГ)// Безопасность труда в промышленности, №7,2005.-С. 5- 10.
154. Усачев А.П., Шурайц A.JL, Фролов A.B. Анализ коррозионных^воздей-ствий и эффективности работы систем коррозионной защиты подземныхустановок хранения.сжиженного углеводородного газа. Газ России, № 4. 2002. С.15-17.
155. Усачев А.П., Шурайц А.Л., Фролов A.B., Усачев М.А. Повышение пожаро, взрыво- и экологической безопасности установок хранения сжиженного углеводородного газа //Полимергаз. -№1.- 2001. С. 36.
156. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» 'ФЗ 116. Принят Государственной Думой 20 июня 1997 года. - 23 с.
157. Федеральные единичные расценки. ФБР 81-02-24-2001. Теплоснабжение и газопроводы наружные сети. -М.: Госстрой России, Постановление №168 от 24.09.2003.-44с.
158. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов.- М.: Наука, 1974. 560с.
159. ФЕРм 81 — 03 -18 -2000. Оборудование предприятий химической и нефтеперерабатывающей промышленности. -М.: Госстрой России. -2000.- 89с.
160. ФЕРм 81 03 -37 -2001. Оборудование общего назначения. - М.: Госстрой России -2001114с. ,
161. Франкль Ф.И. Избранные труды по газовой динамике. М.: Наука, 1973. -711с.
162. ФССЦ-2001- 103. Трубы стальные, асбоцементные, керамические. М.: Госстрой России. Письмо НЗ - 3418/10 от4.06.2003. - 153с.
163. Хакимов Х.Р. Замораживание грунтов в строительных целях. -М.:Госстройиздат, 1962 187с.
-
Шурайц, Александр Лазаревич
-
доктора технических наук
-
Саратов, 2008
-
ВАК 25.00.19
- Прогнозирование параметров безопасной эксплуатации магистрального транспорта сжиженных углеводородных газов
- Повышение эффективности технологических процессов транспорта и хранения, сопровождающихся фазовыми переходами нефтегазовых сред
- Мониторинг безопасной эксплуатации газонаполнительных станций с заданной степенью риска
- Исследование испарения сжиженного пропана-бутана в надземном резервуаре в процессе слива-налива с помощью энергии сжатого метана
- Повышение эффективности и безопасности эксплуатации резервуарных установок сжиженных углеводородных газов с искусственным испарением
