Файл: Гофман-Захаров П.М. Проектирование и сооружение подземных резервуаров - нефтегазохранилищ.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 88
Скачиваний: 1
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СООРУЖЕНИЕ
ПОДЗЕМНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ НЕФТЕГАЗОХРАНИЛИЩ
И З Д А Т Е Л Ь С Т ВО «БУДІВЕЛЬНИК:
К И Е В — 1973
ЧИТАЛЬНОГО z:.k."' і
Гофман-Захаров П. М. Проектирование и строительство подземных резервуаров-неф- тегазохранилищ. Киев, «Будівельник», 1973 г., стр. 244.
Становление проблемы внедрения подзем ного хранения нефтепродуктов относится к середине пятидесятых годов. За этот пе риод накоплен весьма значительный отече ственный и зарубежный опыт создания под земных хранилищ в самых разнообразных горно-геологических условиях.
В книге обобщены и изложены основы про ектирования и технологии сооружения наи более перспективных типов подземных и за глубленных нефтегазорезервуаров. Большое внимание уделено вопросам создания низ котемпературных ледогрунтовых хранилищ сжиженных углеводородных газов, а также подземных емкостей в отложениях каменной соли способом размыва через буровые сква жины. Освещен комплекс проектно-строи- тельных вопросов по хранилищам шахтного типа и некоторым специальным видам за глубленных и подводных резервуаров.
Приведены основные сведения по экономике строительства подземных нефтегазорезер вуаров.
Предназначена книга для проектировщиков, инженерно-технических работников, строи телей и специалистов нефтегазовой про мышленности, занятых сооружением и экс
плуатацией |
подземных |
газонефтерезервуа- |
ров всех типов и назначений. |
||
Таблиц 44, |
рисунков 103, |
библиография из |
72 позиций. |
|
|
ВВЕДЕНИЕ
Решениями XXIV съезда Коммунистической партии Советского Союза по девятому пятилетнему плану развития народного хо зяйства предусмотрено дальнейшее расширение и совершенство вание индустриальной базы социалистической экономики, а так же повышение технологического уровня и эффективности произ водства.
Вдальнейшем укреплении топливной базы страны преимуще ственное развитие получат нефтяная и газовая промышленность. Выпуск готовой продукции нефтеперерабатывающей промыш ленности должен возрасти в 1,5 раза, соответствующим образом должна быть повышена и производительность труда.
Всвязи с высоким уровнем добычи нефти, производства то плива и сжиженных газов, огромными пространствами страны, определяющими значительную географическую разобщенность между нефтедобывающими, нефтеперерабатывающими пред приятиями и крупными узлами потребления нефтепродуктов, первоочередной задачей в настоящее время является разработка оптимальной транспортно-распределительной системы обеспече ния народного хозяйства нефтепродуктами. С учетом технологи ческих взаимосвязей эта система должна включать следующие основные элементы: заводские резервуарные парки готовой про дукции, транспортно-перевалочные средства, хранилища, распре делительные базы у потребителей.
Цель системы — обеспечение бесперебойного выпуска нефте продуктов на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ), а также надежное снабжение потребителей при минимальных затратах и без потерь (количественных и качественных).
Потери в системе производства и потребления нефтепродуктов можно разделить на две категории — потери первого и второго рода.
Потери первого рода вызываются несовершенством техниче ского состояния транспортно-распределительной системы. Они складываются из «больших и малых дыханий» резервуаров, уте чек через неплотности соединений трубопроводов, насосов, арма туры, вследствие переливов нефтепродуктов из цистерн й емко стей.
Потери второго рода, весьма значительные по экономическому ущербу, вызываются планово-организационными причинами.
Технологический процесс переработки нефти предусматривает непрерывность и равномерность производства на протяжении года. Однако реальный процесс производства нефтепродуктов характеризуется определенными отклонениями, что связано
спричинами внутреннего порядка (технологического характера),
атакже с отсутствием постоянной готовности транспортно-рас-
пределительной системы к равномерному приему продукции
всвязи с сезонными колебаниями потребления нефтепродуктов. Любые нарушения ритмичности производства нефтепродуктов
являются сигналом наличия потерь второго рода. Одной из ос новных функций резервуарного парка нефтепродуктов как основного элемента в транспортно-распределительной сис теме является аккумулирование запасов для выравнивания ритма работы отдельных узлов (производство, транспорт, потребление).
При интенсивном развитии производства и потребления нефте продуктов и сжиженных углеводородных газов емкость резер-
вуарных парков |
должна |
неуклонно |
возрастать в |
соответствии |
с темпами роста |
систем |
переработки |
и потребления. |
Хранилища |
нефтепродуктов таким образом превращаются из складов гото вой продукции в своеобразные регуляторы, позволяющие более гибко руководить производственным процессом, его технологией и организацией. Бесперебойность нефтеснабжения народного хо зяйства во многом определяется количеством и объемом дей ствующих резервуаров, правильностью их размещения по узлам транспортно-распределительной системы и разбивки в соответ ствии с номенклатурой нефтепродуктов.
Наиболее массовое распространение в СССР и за рубежом получили традиционные способы аккумулирования нефтепро дуктов в стальных наземных резервуарах. Однако резервуарные парки, составленные такими емкостями, характеризуются рядом весьма существенных недостатков, главными из которых яв ляются: большой расход стали, повышенная пожаро- и взрывоопасность, большие потери от испарения нефтепродуктов, загряз нение воздушного бассейна городов и поселков, отчуждение боль ших земельных участков.
Требует решения и проблема аккумулирования сжиженных углеводородных газов (СУГ), производство и потребление кото рых из года в год растет. В обычных условиях вследствие высо кой упругости паров СУГ находятся под повышенным давлением, возрастающим с повышением температуры. В связи с этим резко утяжеляется конструкция резервуаров для хранения СУГ (удельный расход стали на сооружение таких резервуаров со ставляет 250—400 кг/м3 против 20—30 кг/м3 расхода стали на резервуары для бензина, дизельного топлива и др.).
Для строительства хранилищ сжиженных газов со стальными резервуарами высокого давления (до 18 кгс/см2) необходимы огромные площади для соблюдения противопожарных разрывов.
Наземные стальные резервуары для хранения сжиженных га зов весьма взрыво- и пожароопасны.
Склады сжиженных газов характеризуются крайне неудовле творительными технико-экономическими показателями, несмотря на самые современные технические решения по стальным резер вуарам высокого давления (в частности, применение новых круп ных сферических резервуаров объемом до 2000 мй).
В связи с этим понятен большой интерес к новым способам хранения жидких углеводородов в подземных емкостях с исполь зованием в качестве ограждающих конструкций взамен стальных стенок неметаллических материалов либо окружающих горных пород.
Подземные емкости для хранения нефтепродуктов и сжижен ных газов подразделяются на:
сооружаемые шахтным методом в непроницаемых горных по родах;
сооружаемые специальными методами в пластичных горных породах;
естественные пустоты и заброшенные горные выработки, при спосабливаемые под хранилища;
сооружаемые в отложениях каменной соли методом подзем ного выщелачивания через буровые скважины;
подземные и заглубленные железобетонные резервуары; подземные и заглубленные низкотемпературные хранилища
сжиженных углеводородных газов (СУГ) с ледопородной обо лочкой;
подземные хранилища нефтепродуктов в вечномерзлых по родах;
подводные хранилища нефтепродуктов.
Настоящая книга посвящена проектированию и технологии сооружения наиболее перспективных типов подземных нефтерезервуаров, таких как подземные емкости в соляных формациях, ледогрунтовые изотермические резервуары, хранилища шахтного типа.
В книге обобщены отечественные и зарубежные данные, а так же собственный опыт автора при проектировании и сооружении подобных объектов.
По прочим видам подземных нефтегазохранилищ приведены краткие сведения обзорного характера.
Г л а в » I. ПОДЗЕМНЫЕ РЕЗЕРВУАРЫ ШАХТНОГО ТИПА
§ 1. Выбор горногеологических условий, пригодных для,строительства
При проектировании подземных хранилищ нефтепродуктов и сжиженных углеводородных газов необходимо учитывать особен ности проведения строительных работ, присущие различным гор ногеологическим структурам. Особенно тщательно должны быть выполнены подготовительные работы, включающие изучение гео логического разреза, и разведочные работы для определения кон кретного пункта заложения хранилища.
При изучении горных пород тщательно исследуют физико-ме ханические образцы пород с определением пределов прочности на сжатие, растяжение и сдвиг. Особое внимание должно быть уде лено выявлению наличия и характера грунтовых вод. Вскрытие проектного горизонта заложения подземной емкости с помощью шахтного ствола сопровождается пересечением рыхлых пород ных отложений, мощность которых может весьма существенно колебаться. Покрывающие породы могут быть сухими, однако в большинстве случаев они бывают обводнены и содержат один или несколько водоносных горизонтов со статическими или дина мическими запасами воды и различными гидростатическими на порами. С увеличением притока воды возрастает и трудность сооружения стволов. Среди покровных отложений иногда встре чаются и плывуны, которые создают наибольшие трудности при сооружении как шахтных стволов, так и выработок-хранилищ. Специальные кессонные, цементационные или замораживающие работы удорожают строительство хранилища на 30—50%- Не правильная оценка покрывающих и вмещающих горных пород может привести в дальнейшем к утечке углеводородов, что чре вато опасностью-возникновения пожаров и взрывов.
Хранение нефтепродуктов и сжиженных газов в подземных емкостях шахтного типа практически осуществимо в тех местах, где на определенной глубине имеются мощные устойчивые отло жения естественно непроницаемых горных пород или пород, под дающихся герметизации с помощью сравнительно . несложных инженерных мероприятий.
Горные породы считаются пригодными для сооружения нефте- *" газохранилищ, если они не фильтруют хранимый продукт, не со держат включений, влияющих на кондицию хранимого продукта,
устойчивы против горного давления и допускают исключение ан керной крепи.
К устойчивым горизонтальным породам (коэффициент крепо сти по М, М. Протодьяконову 3—10) в первую очередь могут быть отнесены такие монолитные осадочные метаморфические и изверженные породы, как мел, гранит, плотные известняки, гип сы, глинистые сланцы.
При накоплении достаточного опыта, видимо, появится воз можность осуществлять строительство и в других газонепрони цаемых породах (кварцитах, доломитах, аргиллитах, алевритах, плотных глинах, песчаниках и др.). Не рекомендуется сооружать подземные емкости шахтным способом под мощными (более 40 м) ледниковыми отложениями, содержащими обычно водонесущие пески и гравий, а также под кровлей из аллювиальных пород, требующих обязательного сплошного крепления.
Породы, вмещающие каменный уголь, газ и нефть, не могут быть рекомендованы для размещения в них подземных резервуа ров, так как им всегда сопутствуют пористые газопроницаемые структуры.
В соответствии с требованиями «Временных указаний на про изводство и приемку работ по строительству подземных храни лищ в устойчивых горных породах» (СН 314—65) данные геоло гических и гидрогеологических изысканий должны быть пре дельно уточнены с. помощью бурения трех разведочных скважин по вершинам равностороннего треугольника, описанного вокруг будущего ствола подземной емкости. Данные детальной разведки и образцы пород с характеристикой их физико-механических свойств должны быть по акту переданы строительной органи зации.
§ 2. Проектная глубина заложения
подземного хранилища
Глубина заложения подземного хранилища шахтного типа определяется в первую очередь наличием в заданном пункте до статочно мощного пласта непроницаемой горной породы, при годной для сооружения емкости. Очевидно, что затраты на строи тельство и эксплуатацию шахтного хранилища нефтепродуктов прямо пропорциональны глубине его заложения, т. е. более мел кое заложение хранилища всегда предпочтительнее. Однако су ществует ограничение минимальной глубины размещения под земных камер, определяемое расчетной упругостью паров храни мой жидкости при температуре эксплуатации. Это ограничение практически не касается таких стабильных нефтепродуктов, как бензин, дизельное топливо и пр., а относится в основном к сжи женным углеводородным газам (пропан, бутан, пропилен и их смеси).
Во избежание вспучивания и разрушения пород, лежащих над хранилищем, вес этих пород должен несколько превышать мак симальное рабочее давление паров углеводородов.
В связи с этим глубину заложения шахтного хранилища сжи женного газа рассчитывают из условия: на каждую атмосферу давления внутри емкости должно приходиться не менее 4,5 м по крывающих пород.
С поверхности сжиженный газ (например пропан) может по ступить в хранилище при максимальном расчетном давлении по рядка 18 ат. Следовательно, в данном случае минимально до пустимое заглубление хранилища составляет 18X4,5=81 м. При таком проектном решении возможность трещинообразования в стенах подземной камеры под воздействием избыточного дав ления паров пропана снижается до минимума.
Этот метод определения минимальной глубины заложения шахтного хранилища для сжиженных углеводородных газов в на стоящее время принят в США в качестве стандартного.
Наиболее ходовым для заложения подземных хранилищ сжи женных углеводородных газов является интервал глубин 80—
150м.
§3. Выбор схемы осуществления
сливо-наливных операций
Независимо от способа подачи нефтепродукта или сжижен ного газа на площадку подземного хранилища закачка его в под земную емкость может осуществляться с помощью насосов или с использованием гидростатического напора (для сжиженных газов).
Упругость паров сжиженных углеводородов изменяется в за висимости от температуры (чем выше температура, тем выше давление).
Сжиженный газ (к примеру, пропан), доставляемый на пло щадку в зимнее время, может иметь температуру минус 10—15°, что соответствует давлению 2,8—3,0 кГ/см2. В то же время темпе ратура продукта в подземной емкости обычно не опускается ниже плюс 10° (давление порядка 6 кГ/см2). Таким образом, в зимнее время разность давления сжиженного газа на поверх ности и в подземной емкости может достичь 3—5 кГ/см2. В этих условиях для обеспечения возможности подачи продукта в под земную емкость необходимо компенсировать упомянутую раз ность давлений соответствующим гидростатическим подпором.
Необходимая разность уровней опорожняемой и заполняемой (подземной) емкости определяется из соотношения
|
1 0 ( Я е - Р т р ) |
|
д я = |
— , |
(1) |
|
7ж |
|