Проекты участников финального этапа НТТМ-2017

← К списку проектов

Проект
Плавучее хранилище СПГ
НТТМ-2017-1297 | Категория II

Автор:

Лазько Егор Андреевич

Научный руководитель:
Борисов Алексей Александрович
Организация:
Военный институт(инженерно-технический) Военной академии материально-технического обеспечения,
Санкт-Петербург
Цель работы
Целью работы является создание современных защищённых хранилищ сжиженного природного газа для повышения эффективности и безопасности систем энергосбережения объектов МО РФ.
Обзор предметной области
1. Анализ состояния вопросов применения сжиженного природного газа и проблемы создания защищенных хранилищ СПГ газа в Вооруженных Силах МО РФ
2. Среднесрочный прогноз мировых тенденций развития и разработка современных конструктивно-технологических решений в области стационарных хранилищ сжиженного природного газа.
3. Провести экспериментальных исследований новых конструктивных решений плавучих хранилищ сжиженного природного газа.
4. Разработать методику расчета технико-экономической эффективности создания плавучего хранилища СПГ и применения в интересах МО РФ.

За последние 30 лет в мире было построено, только для изотермического хранения сжиженного природного газа (СПГ), около 300 базовых резервуаров общим объемом свыше 15 млн.м3. Емкость наиболее крупных резервуаров СПГ составляет 250 тыс.м3. Согласно прогнозам, в ближайшей перспективе объемы строительства изотермических хранилищ будут постоянно возрастать за счет расширения производства СПГ в странах - традиционных производителях (Индонезия, страны Ближнего Востока и Северной Африки и др.), а также производства СПГ в крупных промышленных масштабах в ряде других стран (Австралия, Канада и др.), в том числе в России.
За рубежом эксплуатируются около 200 резервуаров СПГ сверхбольшого объема, среди них 50% - объемом 40-60 тыс. м3, 25% - от 20 до 30 тыс.м3, 15% - от 80 до 180 тыс. м3. Существует проектная проработка резервуара объемом 1,5 млн.м3 хранимого СПГ. Диаметр такого сооружения 200 м, высота стенки 50 м, в нем может храниться почти 1 млрд. м3 природного газа.
Входящие в состав различных комплексов СПГ низкотемпературные резервуары являются наиболее ответственными элементами технологической цепочки сжижения, хранения и распределения сжиженного газа, на долю которых приходится значительная часть материальных и трудовых ресурсов. Это предъявляет повышенные требования к экономичности и функциональной надежности изотермических хранилищ, а также к параметрам их эксплуатации и предполагает уже на стадии предпроектных проработок проведение комплексного анализа всей совокупности сложных физических процессов, протекающих в паровой и жидкой фазах хранимого продукта, в конструкции хранилища и в окружающем массиве грунта. Не менее важной является разработка вопросов противовзрывного и противопожарного нормирования при размещении хранилищ вблизи населенных пунктов и промышленных объектов.
За рубежом достигнут весьма высокий уровень надежности конструкций низкотемпературных резервуаров СПГ. Качество применяемых материалов, технология строительства, методы эксплуатации контроля и управления практически исключают возможность серьезного повреждения хранилищ и разлива продукта при предусмотренных технологией режимах эксплуатации. Несмотря на это, общее проектирование и размещение объектов СПГ, и в первую очередь резервуарных парков, проводится с учетом потенциальной возможности крупномасштабных аварийных утечек продукта из резервуаров, вызванных внешними воздействиями (стихийные бедствия, диверсии и т.п.).

Перспективы использования СПГ в России связаны с решением проблем дальнейшей газификации, перевода энергообеспечения на газ, резервирования пикового газопотребления в зимнее время года, а также с применением СПГ в качестве моторного топлива на транспорте. При этом, создание комплексов СПГ не противопоставляется подземным хранилищам газа (ПХГ), а рассматриваются как технологически необходимое звено в общей системе газоснабжения с учетом его резервирования и регулирования, а также оптимального развития.
Ввиду относительной новизны для отечественной промышленности проблемы изотермического хранения сжиженного природного газа, многие из ее важных аспектов не получили должного научного обоснования. В то же время реальные перспективы развития промышленности СПГ, делают весьма актуальной задачу проведения комплексных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по различным вопросам технологии и безопасности изотермического хранения СПГ. Одним из важнейших моментов в решении этих задач является разработка оптимальных вариантов конструкций резервуаров для подземного хранения СПГ.

Однако в XXI веке все основные российские газовые месторождения будут располагаться в неблагоприятных для строительства газопроводов районах (Баренцево море, шельф Карского моря, остров Сахалин и т.д.), что обуславливает необходимость строительства ряда крупных заводов по производству СПГ в местах перспективных месторождений. Морская добыча газа становится основой развития газовой промышленности России, поскольку крупнейшие российские проекты по увеличению добычи газа связаны с использованием потенциала континентального шельфа.
Транспортировка СПГ в мире осуществляется, в основном, морскими специальными судами. Мировой флот криогенных метановозов сейчас насчитывает порядка 200 танкеров. На короткие расстояния по доставке СПГ эксплуатируются, в основном, танкеры-метановозы грузоподъемностью от 45 тыс. м3 до 80 тыс. м3 СПГ. Для межконтинентального транспорта жидкого метана построен флот танкеров-метановозов с объемом резервуаров до 120-140 тыс. куб. м., что эквивалентно 70-80 млн м3 обычного газа. Проектируются метановозы, которые могут перевозить в один рейс свыше 200 млн куб. м. газа. В России в настоящее время нет производства судов для перевозки СПГ, однако, как показывают предварительные расчеты, уже в ближайшее десятилетие потребуется не менее 40 танкеров данного класса. Для транспортировки СПГ на средние и малые расстояния может быть успешно использован также автомобильный транспорт.

На острове Котельный архипелага Анжу начинается новый этап развития военной инфраструктуры: воссоздание аэродрома «Темп» и подготовка к появлению других объектов военного назначения.
Интересна история этого сооружения. Аэродром «Темп» на острове Котельном начал работать в 1949 году. Сначала он был удобной промежуточной базой высокоширотных воздушных экспедиций «Север». С 60-х годов активно работал для обеспечения военных объектов, расположенных на архипелаге. Однако, в начале 90-х аэродром был законсервирован, все обслуживающие поселения опустели
В наши дни строительство арктической инфраструктуры на северных рубежах России стремительно развивается. Тем не менее, до сих пор быт военнослужащих и гражданского населения на аэродроме «Темп» острова Котельный перенасыщен "тяготами и лишениями".
Уже возведена большая часть модульного городка замкнутого типа «Северный клевер», на завершающей стадии реконструкция взлетно-посадочной полосы аэродрома «Темп». С каждым месяцем на территорию городка прибывает все больше военнослужащих для дальнейшего места службы. Совсем скоро аэродром сможет принимать самолеты любых классов и на территории архипелага начнут базироваться новые подразделения ВС РФ, для комфортного проживания которых потребуются качественные жилищные условия. Разработка Спецстроя России была актуальна для строительства в северных районах нашей сраны, но совсем не пригодна для суровых условий Крайнего Севера и Арктики. Для обеспечения качественного температурного режима в помещениях зданий и сооружений аэродрома «Темп» потребуется немало капиталовложений для снабжений городка современными котельными и обеспечения запасов топлива. Но не все топливо хорошо горит и не все котельные работают должным образом в условиях Крайнего Севера.
Перевод котельных и отопительного оборудования на использование сжиженного природного газа сократит затраты на топливо и значительно увеличит КПД котельных. Но для хранения СПГ в условиях Арктики, на территории стратегически важного аэродрома «Темп» потребуется возведение хранилищ нового типа, которые будут выполнять свои функции точно также как и в нормальных климатических условиях, оставаясь при этом в не поле зрения для потенциального врага. На сегодняшний день известны несколько типов таких хранилищ: наземные, заглубленные, подземные, но все они сталкиваются с серьезными проблемами при строительстве. Суровые условиях и вечномерзлые грунты Арктики требуют слаженной работы опытных строителей, инженеров, архитекторов, отсутствие нормативной документации усложняет и продлевает рабочий процесс в несколько раз, своевременная доставка материалов и оборудования, машин и техники потребует большого финансирования. Отсутствие возможности выполнения маскировки делает объект, а значит и весь военный городок аэродрома «Темп» совершенно незащищенным от диверсий и открытых атак потенциальных врагов РФ.

Выполненные исследования, результаты которых изложены в настоящей научной работе, позволяют решить актуальную проблему по обеспечению создания современных систем хранения и использования сжиженного природного газа, а также проектирования и создания защищенных хранилищ сжиженного природного газа, совокупность которых можно квалифицировать как научное достижение, где изложены научно обоснованные технические и технологические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие и обеспечение безопасности страны.
Описание результатов проекта
Выполненные исследования, результаты которых изложены в настоящей научной работе, позволяют решить актуальную проблему создания современных систем хранения и использования сжиженного природного газа, а также проектирования и создания защищенных хранилищ сжиженного природного газа, совокупность которых можно квалифицировать как научное достижение, где изложены научно обоснованные технические и технологические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие и обеспечение безопасности страны.
К наиболее существенным результатам работы можно отнести следующее:
1. Внедрение СПГ в виды Вооружённых сил и на объекты Министерства обороны повысит энергетическую безопасность страны, увеличит боевую эффективность вооружения и техники, усилит живучесть военных объектов и их экологическую безопасность. Разработанная федеральная концепция для СПГ и ее основные направления свидетельствуют о высокой экономической эффективности природного газа, особенно, в виде СПГ.
2. На основе выполненных патентных исследований в области хранилищ сжиженного природного газа различных стран мира осуществлен научно-технический патентный прогноз развития конструктивных решений стационарных хранилищ СПГ до 2030 года.
3. На основе анализа выявленных основных конструктивно-технологические решений зарубежных и отечественных стационарных хранилищ сжиженного природного газа, впервые разработана классификации хранилищ СПГ.
4. Разработаны новые конструктивно-компоновочные решения подземных защищенных хранилищ сжиженного природного газа для объектов МО РФ, защищенные патентами РФ.
5. Впервые разработан тип плавучего хранилища сжиженного природного газа.
6. Разработан первый и единственный образец плавучего хранилища СПГ где стенки хранилища рассматриваться как дополнительный защитный слой обделки резервуара.
Описание применимости
По мнению автора выполненные исследования можно рассматривать как научную основу решения проблемы перспективности широкого применения сжиженного природного газа в интересах Министерства обороны путем создания безопасных защищенных хранилищ СПГ. В тоже время ряд теоретических и практических направлений в этой области требует и имеет перспективу дальнейших исследований, к которым можно отнести:
- разработку модельной линейки конструктивно-технологических решений защищенных плавучих хранилищ сжиженного природного газа для нужд Министерства обороны России;
- проведение комплексных экспериментальных исследований по разработанным методикам на испытательном стенде с различными климатическими условиями, хранением в резервуаре сжиженного метана, с тензометрированием всех конструктивных слоев плавучего резервуара;
- создание мобильных комплексов по производству, хранению, получению и использованию сжиженного природного газа для энергоснабжения отдаленных воинских частей.
Дальнейшее развитие проекта
- разработка модельной линейки конструктивно-технологических решений защищенных плавучих хранилищ сжиженного природного газа для нужд Министерства обороны России; - проведение комплексных экспериментальных исследований по разработанным методикам на испытательном стенде с различными климатическими условиями, хранением в резервуаре сжиженного метана, с тензометрированием всех конструктивных слоев плавучего резервуара; - создание мобильных комплексов по производству, хранению, получению и использованию сжиженного природного газа для энергоснабжения отдаленных воинских частей.

Информация предоставлена участником конкурса. Организаторы конкурса не несут ответственности за содержание информации о проекте.

← К списку проектов




Список всех проектов финального этапа с датами защиты

 

© Всероссийский конкурс научно-технического творчества молодежи НТТМ