Файл: Рачевский, Б. С. Транспорт и хранение углеводородных сжиженных газов.pdf

Железобетонная стенка может быть изготовлена сборной и моно­ литной. В целях индустриализации и механизации строительства наружную железобетонную стенку проектируют в сборном варианте с применением панелей кольцевого и плоского очертаний. Стыки между панелями стен замоноличивают плотным бетоном, проектная марка которого должна быть одинакова с проектной маркой бетона стеновых панелей или выше ее.

Эксплуатационная надежность и максимальная экономичность хранения сжиженных газов в низкотемпературных наземных резер­ вуарах обеспечивается в том случае, если правильно выбран мате­ риал конструкций (металла, железобетона, теплоизоляции) и в фун­ даменте нет недопустимых деформаций.

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЕ ХРАНЕНИЕ СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ В ПОДЗЕМНЫХ ЛЕДОПОРОДНЫХ РЕЗЕРВУАРАХ

В подземных ледопородных резервуарах можно хранить более значительные объемы сжиженных газов, чем в низкотемпературных

который обычно представляет собой железобетонное кольцо. В про­ буренные скважины опускаются замораживающие колонки 5, по которым пропускается теплоноситель, что приводит к заморажи­ ванию горных пород вокруг колонок и созданию ледопородной оболочки 6, сопряженной с водоупором. Под защитой ледопородного ограждения и водоупора, противостоящих гидростатическому и гор­ ному давлениям, вынимается талый грунт и образуется емкость 1. Вместе с выемкой грунта на площадке рядом с сооружаемым резер­ вуаром производится сборка перекрытия из предварительно заготов­

ленных элементов. Затем перекрытие перемещают целиком или по частям на опорное железобетонное кольцо. В отдельных случаях

.опорой перекрытия могут служить замораживающие колонки. Для герметичного соединения перекрытия с опорой его привари­

вают по периметру к закладной кольцевой обечайке, вмонтирован­ ной в опорное кольцо. Перекрытие теплоизолируется, устанавли­ ваются погружные насосы, трубопроводы, арматура, контрольно­ измерительные приборы. В резервуар заливают сжиженный газ при давлении 200—500 мм вод. ст. и при соответствующей отрицатель­ ной температуре. Методы сооружения ледопородных резервуаров определяются их объемом, конструкцией и геологическим разрезом площадки, на которой они должны быть построены.

в них не более 20% мелкодисперсных глинистых частиц. Скорость притока грунтовых вод в породах рабочей толщи должна удовле­ творять следующему неравенству:

(4.53)

где г — радиус емкости; 0 и Т — температура соответственно хра­ нимого продукта и подземных вод, отсчитанная от температуры замерзания воды в грунтах (от условного нуля), °С.

С помощью гидрогеологических изысканий, предшествующих проектированию резервуара, должна определяться форма рабочей толщи и ее структурные особенности: скорость и расходы грунтовых потоков воды, уровни водоносных горизонтов и их напоры, темпера­ тура и химический состав воды, гранулометрический состав грунтов, их пористость и влажность, объемный вес и плотность, пластичность и угол внутреннего трения. По кернам определяются теплофи­ зические и прочностные константы грунтов в нормальном состоя­ нии и при температуре хладагента, применяемого для предваритель­ ного замораживания, а также при температуре хранения сжиженного газа.

Одним из основных требований, предъявляемых к ледопородным резервуарам, является создание трещиностойкой, непроницаемой для газа ледопородной оболочки. Подземные низкотемпературные резервуары сооружаются, как правило, с применением предваритель­ ного замораживания пород.

Предварительное замораживание пород необходимо вести со­ гласно «Техническим условиям на производство работ по искусствен­ ному замораживанию грунтов при строительстве метрополитенов и тоннелей» (ТУ-111-56).

Предварительное замораживание горных пород обеспечивает: водонепроницаемость и прочность ледопородной оболочки, спо­

собной воспринять на себя полное горное давление и технические нагрузки;

194

сохранность проектного направления и габаритов выработок; сохранность прилегающих к выработке наземных и подземных

коммуникаций; максимальную скорость строите.льства.

Гак как ледопородная оболочка низкотемпературного резервуара работает как несущая конструкция и должна удовлетворять усло­ виям прочности и устойчивости, наиболее ответственным является выбор толщины ледопородной оболочки. На основании принятой толщины ледопородной оболочки осуществляются все теплотехни­ ческие и технологические расчеты замораживания, выбирается конструкция перекрытия.

Завышение толщины оболочки ведет к значительному увеличе­ нию стоимости и срока строительства подземного резервуара. Тол­ щина ледопородной оболочки зависит от многих факторов и, в первую очередь, от внешнего давления, прочностных и деформацион­ ных характеристик замороженных пород, величины и времени обна­ жения ледопородного ограждения, температурного режима заморо­ женных пород и выработки, ее размеров. Учесть влияние всех этих факторов одной зависимостью не представляется возможным, так как большинство из них является функцией многих переменных. Прочностные и деформационные свойства замороженных пород зависят от гранулометрического состава, температуры заморажива­ ния, фазового состава воды, условий миграции влаги, режима замо­ раживания, продолжительности действия нагрузки.

Определение толщины Е ледопородной оболочки является весьма сложной задачей, решение которой, учитывая ее инженерный харак­ тер, может быть осуществлено приближенным методом. Наиболее широкое применение в практике шахтного строительства и проект­

жение замороженных пород на сжатие; р — горизонтальное давле­ ние горных пород на .ледопородную оболочку.

Отличительной особенностью мерзлых горных пород как строи­ тельного материала является то, что при повышении температуры окружающей среды выше 0° С они тают и, следовательно, теряют качество строительного материала.

Вторая особенность мерзлых горных пород — резко выраженные пластические свойства, которые проявляются даже при малых нагрузках, в том числе под действием собственного веса. Вследствие этого большинство конструкций из мерзлых горных пород может непрерывно деформироваться и в какой-то степени изменять свою конфигурацию, ие разрушаясь. Это накладывает существенный отпечаток на методику оценки устойчивости сооружений из мерзлых горных пород.

Физико-механические характеристики мерзлых горных пород, как уже говорилось, зависят от их влажности, степени заполнения их пор льдом и незамерзшей водой, пористости, гранулометриче­ ского состава, температуры и времени действия нагрузки. Как пра­ вило, прочность мерзлых горных пород с понижением температуры растет [4В].

На рис. 93 приведены номограммы для расчета прочностных характеристик мерзлых горных пород [591. Номограммами поль­ зуются следующим образом. В [ квадранте на шкале 0 находят точку, соответствующую средней температуре ледопородной обо­ лочки, на которой восстанавливают перпендикуляр до пересечения с линиями, характеризующими влияние коэффициента влажности q на прочность породы.

Из точки пересечения проводят горизонтальную прямую до пересечения с линиями во Н квадранте, характеризующими влия­ ние пористости п на прочность породы. Из точки пересечения опус­ кают перпендикуляр на горизонтальную ось, на которой приведены значения прочности замороженной породы на сжатие.

Перпендикуляр III квадранта пересекает линии, характеризу­ ющие влияние пористости породы на сопротивление растяжению; продолжив горизонталь на вертикальную ось, находим прочность замороженной породы на растяжение. Если продолжить горизон­ таль до линии в IV квадранте, можно получить значение силы сцепле­ ния К шп замороженной породы.

197

Один из основных параметров при расчете подземных ледопо­ родных резервуаров на воздействие низких отрицательных темпера­ тур — коэффициент температурной линейной или объемной деформа­ ции мерзлых горных пород и льда. Методика и результаты экспе­ риментов по определению коэффициентов линейной температурной деформации (КЛТД) мерзлых горных пород и льда даны в рабо­

тах [44, 461.

11а рис. 94 приведены зависимости КЛТД (мерзлых горных пород и льда) от температуры и гранулометрического состава.

Инженерные сооружения, строительным материалом которых служат мерзлые горные породы, должны обладать термической устой­ чивостью. Причем для таких сооружений, как низкотемпературные

а/ое i

Рис. 94. Зависимость коэффициентов линейной тем­ пературной деформации мерзлых горных пород и льда от температуры:

1 — лсд; 2 — суглинок; з — песок

ледопородные резервуары сжиженного газа, вопросы термической устойчивости особенно важны. Это объясняется тем, что при перво­ начальном заполнении таких резервуаров охлажденным сжиженным газом тепловой удар (первоначальная температура стенок равна в среднем —10° С, температура заливаемого сжиженного пропана —43° С и метана —160° С) может разрушить ледопородные стенки емкости.

При неравномерном охлаждении ледопородной оболочки пред­ полагается развитие в ней растягивающих и сжимающих темпера­ турных напряжений. Наиболее опасны разрывающие напряжения, возникающие на внутренней поверхности ледопородного цилиндра при контакте его с охлажденным сжиженным газом. Если напря­ жения превысят прочность материала на разрыв ледопородной обо­ лочки, в последней могут возникнуть трещины.

Исследования, проведенные во ВНИИПромгаз [44], показали, что температурные напряжения зависят от коэффициента темпера­ турной линейной деформации замороженной горной породы а , модуля Юнга Е, коэффициента Пуассона р. и характера распростра-

198