Ибезопасности эксплуатациирезервуаров и трубопроводов сжиженногоуглеводородного газа
УДК 621.6.036
На правах рукописи
Шурайц АлександрЛазаревич
ПОВЫШЕНИЕЭФФЕКТИВНОСТИ ИБЕЗОПАСНОСТИ
ЭКСПЛУАТАЦИИРЕЗЕРВУАРОВ И ТРУБОПРОВОДОВ
СЖИЖЕННОГОУГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА
Специальности: 25.00.19–Строительство и эксплуатация
нефтегазопроводов, баз ихранилищ;
05.26.03 – Пожарная ипромышленная безопасность
(нефтегазовыйкомплекс)
А В Т О Р Е Ф Е Р А Т
диссертации на соисканиеученой степени
доктора техническихнаук
Уфа 2008
Работа выполнена вГосударственном образовательномучреждении
«Саратовскийгосударственный техническийуниверситет»
| Научныйконсультант | доктор технических наук, профессор Усачев Александр Прокофьевич |
| Официальныеоппоненты: | доктор технических наук, профессор ХаллыевНазар Халлыевич |
| доктор технических наук Сущев СергейПетрович | |
| доктор технических наук, профессор ХалимовАндались Гарифович | |
| Ведущеепредприятие | Открытое акционерное общество«Газ-сервис» |
Защита диссертациисостоится 19 декабря 2008 г. в 1000 часов
на заседании диссертационногосовета Д 222.002. 01 при Государственном
унитарном предприятии«Институт проблем транспортаэнергоресурсов»
(ГУП«ИПТЭР») по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября,144/3.
С диссертацией можноознакомиться в библиотеке ГУП«ИПТЭР».
Автореферат разослан18 ноября 2008 г.
Ученый секретарь
диссертационногосовета
кандидаттехническихнаукЛ.П. Худякова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАРАБОТЫ
Актуальность проблемы.Относительно невысокаястоимость сжиженного углеводородного газа(СУГ) по сравнению с жидкими видами топливаобуславливает свойственную рыночнымотношениям тенденцию к развитию паркалегковых и грузовых автомобилей,маршрутных такси, энергетических ипромышленных установок, использующих СУГ вкачестве основного или резервного топлива,а также сопутствующих им автомобильныхгазовых заправочных станций (АГЗС),многотопливных автомобильных заправочныхстанций (МТАЗС), газонаполнительныхстанций, резервуарных парковпромпотребителей и МИНИ-ТЭС, удалённых отмагистральных трубопроводов природногогаза жилых поселений.
Возросшие объемыстроительства указанных объектов,оснащённых широко применяемыми донастоящего времени надземнымирезервуарами и трубопроводами (РТ),увеличение их вместимости вызвалисерьёзный рост числа инцидентов иаварий.
Высокая по сравнению своздухом плотность паровой фазы СУГ, еёзатруднённое рассеивание в низких местахтерритории, быстрое возникновение ираспространение парового облака прииспарении жидкой фазы приводят к цепномухарактеру развития аварий, раскрытиюстенок надземных резервуаров, взрывупарожидкостной смеси и образованию«огненного шара», характеризующимсявысоким материальным, социальным иэкологическим ущербами. Повышеннаяопасность надземных резервуаровобусловила введение в действие новых нормпромышленной и пожарной безопасности,запрещающих надземную установку РТ на АГЗСи МТАЗС в черте населённых пунктов и резкоограничивающих их применение путёмувеличения противопожарных разрывов всоставе АГЗС за пределами жилыхмассивов.
Нормативныедокументы НПБ111-98*, ГОСТ Р 12.3.047-98, ряд руководящих материалов, составленных наоснове трудов ВНИИПО, Гипрониигаза,результатовисследований Шебеко Ю.Н., МалкинаВ.Л., Усачева А.П., Болодьяна И.А., Гордиенко Д.М.,Смолина И.М., Колосова В.А., Смирнова Е.В.,другихученых, рекомендуют подземную прокладку РТСУГ на территории АГЗС, МТАЗС и другиханалогичных объектов, требуют оснащения их системами локализации утечек СУГ, устройствами пассивнойи активной защиты с постоянным автоматическимконтролем герметичности и устанавливаютснижение вероятности утечек и уровня индивидуальногориска до величины не более 
год
.
В существующих системахзащиты подземных РТ отсутствуетпостоянный автоматический контрольгерметичности их основных элементов:стенок сосудов, трубопроводов,антикоррозионных покрытий, первыхотключающих устройств, запирающих выходСУГ из РТ, не разработаны системылокализации утечек СУГ. Установки активнойкоррозионной защиты на основе катоднойполяризации, получившие широкоеприменение, предотвращают толькоэлектрохимическую коррозию и не защищаютот других её видов.
В этой связи разработкатеоретических и прикладных основбезопасного и оптимальногофункционирования систем комплекснойзащиты (СКЗ) РТ СУГ путем заключения взащитный футляр, заполненныйгазообразным азотом с автоматическимконтролем верхней и нижней границ давленияявляется актуальной научно-техническойпроблемой.
Диссертационная работавыполнена в ОАО «Гипрониигаз» и на кафедре«Теплогазоснабжение и вентиляция»Саратовского государственноготехнического университета в рамкахкомплексных программ и планов ОАО«Росгазификация» и ОАО «Регионгазхолдинг»на 1988-2008 годы.
Цель работы – повышениеэффективности и безопасности эксплуатациирезервуаров и трубопроводов СУГ путемразработки теоретических основ и техническихрешений их комплексной защиты.
Основные задачиисследований
- Системный анализтребований, предъявляемых к СКЗподземных резервуаров и трубопроводов,режимов и особенностей еефункционирования, внешних условий ипостроение на его основе модели СКЗ сзаданным уровнем требований.
- Разработка на базеполученной модели новых техническихрешений СКЗ подземных резервуаров итрубопроводов СУГ.
- Получениезависимостей для определения параметровСКЗ подземных РТ СУГ, их проверка вусловиях натурных экспериментов.
- Разработкаматематической модели оптимизации СКЗ иобоснование на ее основе типа иконструкции системы.
- Оптимизациягеометрических параметров полимерногофутляра с заключенным в негорезервуаром СУГ.
- Разработкаматематической модели и алгоритмаопределения оптимального диаметра футлярав зависимости от оптимального диаметрапарожидкостного трубопровода и потерьдавления при течении СУГ.
- Определениегидравлических сопротивлений притечении парожидкостной смеси СУГ вгоризонтальном трубопроводе в условияхтеплообмена с окружающей средой.
Методыисследований:системный подход приразработке СКЗ; системный анализ, математическоемоделирование, численные методы, методыдекомпозиции инаправленного поиска при решении задачоптимизации и гидродинамических расчетов СКЗ иее основных элементов; методыматематической статистики при обработкерезультатов физических измерений,натурный эксперимент.
Научная новизнарезультатов работы
1. Предложен системный методразработки СКЗ резервуаров итрубопроводов СУГ, позволяющийна основе выявления целевыхфункций и задания им минимальныхнормативных значений получить модельустройства СКЗ, уменьшающей вероятность разгерметизации с 10-3год-1 для существующих аналогов до
10-8 год-1. Предложенный методзащищен свидетельством авторского права № 13356.
2. На основе предложенноймодели разработаны новые техническиерешения комплексной защиты резервуаров итрубопроводов путем заключения их взащитные футляры, заполненныегазообразным азотом с автоматическимконтролем верхней и нижней границдавления, защищенные патентом № 18564.
3. Полученыаналитические зависимости, позволяющиеопределять эксплуатационные параметрыпредлагаемой СКЗ, при которыхпредотвращается коррозия наружныхповерхностей подземных резервуарови трубопроводов СУГ. Экспериментальнаяпроверка подтверждает достоверностьпредложенных аналитических зависимостей спогрешностью 13,4 %.
4. Предложенаматематическая модель оптимизации системыкомплексной защиты РТ СУГ, заключенных вполимерный футляр, позволяющая на базесистемного подхода приводить всеконкурирующие варианты СКЗ к единойструктуре, учитывающая динамику развитияСКЗ и иерархию ее функционирования вусловиях неопределенности экономическойинформации.
5. Разработаналгоритм обоснования типа СКЗрезервуаров и трубопроводов СУГ в условияхнеопределенности конвертирования ценовыхфакторов.
6. Предложены методическиерекомендации по определениюоптимальныхформы и геометрических параметровполимерных футляров для резервуаров.
7. Разработанаматематическая модель определенияоптимальных диаметра и толщины тепловойизоляции футляра, диаметразаключенного в футляр парожидкостноготрубопровода и потерь давления притечении СУГ.
8. Полученыаналитические зависимости и инженерныйалгоритм для определения гидравлическихсопротивлений при течении парожидкостнойсмеси СУГ в горизонтальномтрубопроводе в условиях теплообмена сокружающей средой. Экспериментальныеисследования подтверждают достоверностьпредложенной математической модели спогрешностью 15,2 %.
Основные защищаемыеположения
1. Системный метод разработки и новыетехнические решения комплексной защитырезервуаров и трубопроводовСУГ.
2. Результатыисследований эксплуатационныхпараметров предлагаемой СКЗрезервуаров и трубопроводов СУГ.
3. Математическая модельоптимизации системы комплексной защитырезервуаров и трубопроводов СУГ,заключенных в полимерный футляр.
4. Алгоритмобоснования типа СКЗ резервуаров итрубопроводов СУГ в условияхнеопределенности конвертирования ценовыхфакторов.
5. Результатыоптимизации формы и геометрическихпараметров защитных полимерных футляровдля резервуаров СУГ.
6. Математическая модельоптимизации диаметра и толщины тепловойизоляции футляра, диаметразаключенного в футляр парожидкостноготрубопровода и потерь давления при теченииСУГ.
7. Результатыопытно-промышленных испытаний и внедренияСКЗ резервуаров и трубопроводов СУГ,новая нормативная техническаядокументация.
Практическая ценность иреализация результатов работы
1. Предложенныйсистемный метод разработки СКЗрезервуаров и трубопроводов СУГ,защищенный свидетельством авторскогоправа № 13356, отличаетсяуниверсальностью и позволяет на основевыявления целевых функцийи задания имминимальных нормативных значенийполучать модели сложных техническихсистем в различных областях прикладнойнауки и техники. Применение методапозволяет свести к минимуму уровеньриска при реализации новых разработок вусловиях их венчурного финансирования.Метод апробирован при разработке трехтехнических систем и реализован врамках программы «Старт 2008».
2. Разработанныеспособы и технические решения по повышениюэффективности и безопасности эксплуатациирезервуаров и трубопроводов обеспечиваюткомплексную защиту путем заключения их вфутляр, заполненный азотом сконтролируемыми параметрами давления,защищены патентами и реализованы вследующей нормативной и техническойдокументации:
- Техническиепредложения по повышению безопасностии снижению стоимости многотопливных игазовых автозаправочных станций,одобренные письмом ФГУ ВНИИПО МВД России №43/3.5/1198 от 23.04.2001 г.;
- СТО 17446935-1-2008«Технические решения по обеспечениюгерметичности установок хранения ираспределения сжиженных углеводородныхгазов путем заключения их в футляр сазотом», утвержденный ОАО«Росгазификация» 12.03.2008 г. и согласованныйписьмом № 11-10/1521 от 24.04.2008 г.Ростехнадзора России.
3. Разработанныеметодики и рекомендации позволяютобосновывать тип СКЗ, осуществлять выборгеометрических параметров полимерногофутляра для резервуара СУГ, диаметрафутляра парожидкостного трубопровода(ПЖТ), определять потери давления притечении СУГ. Они реализованы в следующихруководящих документах:
- СТО 03321549-001-2008«Рекомендации по обоснованию типа системы
комплексной защиты иоптимизации полимерного футляра длярезервуара СУГ» / ОАО«Гипрониигаз». Саратов, 2008;
- СТО 03321549-002-2008«Рекомендации по обоснованию вариантасистемы комплексной защитыпарожидкостных трубопроводов СУГ иоптимизации ее параметров» / ОАО«Гипрониигаз». Саратов, 2008;
- Методикагидравлического расчета системы снабженияпотребителей сжиженным газом с подачей жидкойфазы. Введенав действие приказом № 130 от 30.12.1985 г. по ГлавгазуМинжилкомхоза РСФСР. Саратов: Гипрониигаз, 1986.
4. Предложенныетехнические решения СКЗ РТ внедреныв комплекте технико-эксплуатационнойдокументации на технологическуюсистему АГЗС с двустеннымирезервуарами ТС «КЗПМ-С», согласованнуюписьмом ВНИИПО и ГУГПС МЧС России № 43/3.5/1049от 3.06.2004 г., по которой ЗАО «Джи ТиСевон» (г. Кузнецк Пензенской обл.)осуществляется серийное производстворезервуаров и трубопроводов СУГ для базхранения АГЗС и МТАЗС.
5. Предложенные научно-техническиерешения нашли практическое применение приподготовке спецкурса по системамхранения и распределения СУГ для студентови магистрантов специальности ТГССГТУ; курса лекций ипрактическихзанятий по эксплуатации и обслуживанию объектовСУГ для специалистов АГЗС, проводимыхОАО «Гипрониигаз»; Пособия попроектированию, строительству и эксплуатации АГЗС(Саратов: Сателлит, 2004. 200 с).
Апробация работы.Основные результаты работыдокладывались и обсуждались на научно-практической конференции«Проблемы и методы обеспечения надежности ибезопасности систем транспорта нефти,нефтепродуктов и газа» в рамках XVIмеждународной специализированной выставки «Газ. Нефть. Технологии-2008» (Уфа,2008); 1-ой Всероссийскойнаучно-технической конференции «Проблемынормотворчества в газораспределительнойподотрасли –современное состояние и перспективы»(Саратов, 2001); Российскойнаучно-технической конференции«Перспективы использования сжиженныхуглеводородных газов» (Саратов, 2003),Российском конгрессе погазораспределению и газопотреблению(Санкт-Петербург, 2006); ежегодных научно-техническихконференциях СГТУ (Саратов, 2000-2008);ежегодных научно-технических конференцияхОАО «Гипрониигаз» (Саратов, 1982-2008);научно-технических советах ОАО«Росгазификация (Москва, 1990, 1997, 2002), ОАО«Регионгазхолдинг» (Москва, 2003), ГРО России (Тверь,2008), ЗАО«Джи ТиСевон» (Кузнецк Пензенскойобласти, 2008),ОАО «Пензахиммаш» (Пенза,2003); отраслевом семинареМингазпрома «Повышение технического уровня и качествапродукции на основе достиженийнаучно-технического прогресса газовойпромышленности» (Москва, ВДНХ СССР, 1989);научно-технической конференции «Пути иметоды рационального использованиясжиженного и природного газов впромышленных, коммунально-бытовых исельскохозяйственных производствах»(Киров, 1988); Техническом совете ПО «Тюменьгазификация»(Новый Уренгой, 1988); межвузовскойнаучно-технической конференции (Саратов,Саратовский государственный аграрный университетим. Н.И. Вавилова, 2003).
Публикации и личныйвклад автора. По темедиссертации опубликовано 42печатные работы (14 из них– в научныхжурналах, рекомендованных ВАКМинистерства образования и науки РФ), в т.ч.3 свидетельства и патента, 3 нормативныхдокумента.
Автору принадлежатпостановка задач исследований, их решение,разработка новых технических решений СКЗ,непосредственное участие вэкспериментальных и опытно-промышленныхиспытаниях, анализ и обобщение результатовисследований, внедрение результатовисследований, формирование научногонаправления.
Структура и объемработы. Диссертационнаяработа состоит из введения, пяти глав,основных выводов, библиографическогосписка использованной литературы,включающего 219 наименований. Онасодержит 305 страниц машинописного текста,32 рисунка, 15 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕРАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность проблемы,сформулированы цель работы и задачиисследований, показаны научная новизна ипрактическая ценность работы.
В первой главе приводятся характеристикапроизводственных объектов хранения ираспределения СУГ, состояние промышленнойбезопасности и выбор способа расположенияРТ, анализируются существующие методы иконструкции пассивной и активнойзащиты подземных установок СУГ отопасных воздействий, осуществляетсявыбор направлений исследований поповышению эффективности и безопасностиэксплуатации резервуарных установок СУГ.
В результатепроведенного анализа выявлены высокая пожаро-,взрыво- иэкологическая опасность и связанная с этимнеобходимость отчуждения дополнительных территорийдля увеличения противопожарных разрывов. Наличие суровых климатических условий на территории РоссийскойФедерации существенно ограничиваютприменение надземно расположенных сосудов СУГ ипредопределяет широкоеиспользование подземныхустановок хранения, значительно уменьшающих влияниеуказанныхобстоятельств. Аварийные ситуации на подземных РТ СУГобусловлены,в основном,коррозионными повреждениями их стальных стенок, при этомхарактер и масштабповреждений указывают нанеобходимость нанесения на резервуарызащитных покрытий и применения установоккатоднойполяризации. Существующие типы защитныхпокрытий, рекомендуемые нормативнымидокументами для подземныхРТ, не обеспечиваютнеобходимую защиту. Вчастности, полимерные липкие рулонныематериалы не дают качественного прилегания в местах крутогоизгиба эллиптических днищ; битумно-полимерныезащитные покрытия имеют низкую ударнуюпрочность и низкое качество изоляции эллиптическихднищ, легко повреждаются при монтаже иэксплуатации, быстро стареют.Установки активной защитыне обеспечивают постоянного автоматическогоконтроля за состояниемнаружных поверхностей стальных стенокРТ, требуютпериодической корректировки своих расчетныхпараметров и защищаюттолько от электрохимическойкоррозии. Высокая стоимость систем катоднойзащиты,низкий уровень их заводской готовности, высокиеэксплуатационные затраты, связанные с оплатойэлектроэнергии, потребляемой катоднойстанцией, содержанием службыкатодной защиты, поддержаниемлицензионных документов, существенно снижают их экономическуюэффективность.
Вопросам повышениябезопасности эксплуатации резервуаров итрубопроводов и разработке методов ихзащиты от опасных воздействийпосвящены работы Маршалла В.С., БардаВ.Л., Кузина А.В., Бесчастнова М.В.,Малкина В.Л., Ткаченко В.Н., Усачева А.П.,Болодьяна И.А., Шебеко Ю.Н., Зиневича А.М.,Линдлара В.Ю., Кравец В.А., Глазкова В.И. идругих ученых. Характерным для известныхработ являются рассмотрение отдельныхвидов защиты РТ, например от коррозии,отсутствие комплексного подхода квопросам повышения безопасности и системного анализа всей совокупностиопасных внешних воздействий на установки хранения ираспределения газового топлива.
Отсутствие в настоящеевремя систем комплексной защиты РТ СУГ,оснащенных устройствами постоянногоконтроля опасных повреждений их элементов,требует проведения системного анализа иучета всех определяющих факторов,разработки и исследования на их основе СКЗ,лишенных существующих недостатков.
Вторая глава посвящена разработке системы комплекснойзащиты стребуемыми параметрами подземныхрезервуаров и трубопроводов СУГ и созданиюметода оценки соответствияразработанной СКЗ этим параметрам.
В целяхсоздания СКЗ с требуемыми параметрами наоснове системного подхода былиразработаны основные положения,описанные алгоритмом, приведенным нарисунке 1.
1 техническая характеристикарезервуара, трубопровода СУГ и систем ихзащиты; 2 цель разработки – защита от опасных воздействий; 3 выявление,анализ и структурирование опасных внешнихвоздействий на РТ: gв, gэ.с.,gк, gсул,gв-д, Vn.ут, tгр.н; 4выявление целевых функций: Ринд; кор.; 
; Vут; 5 выявлениерезультатов опасных внешних воздействий ипоследовательности их возникновения; 6 заданиевеличин целевых функций: 
;кор = 0; 
< 45 C; Vут = 0; 7 разработкапредложений по исключению или уменьшениюрезультатов каждого из опасных внешнихвоздействий с выполнением требований п.6; 8 разработка модели СКЗ РТ; 9 разработка новойконструкции СКЗ на основе модели; 10 проверкасоответствия заданному уровню требований.Расчет величин Ринд, кор, 
,Vут дляразработанной конструкции СКЗ
Рисунок 1 Алгоритм созданияСКЗ РТ СУГ
с требуемымипараметрами
Согласнопредлагаемому алгоритму, на первом этапевыявлены и проанализированы опасные внешниевоздействия на подземные РТ СУГ и системуих защиты. Результатыпроведенного анализапредставлены на рисунке 2. Исходя из подхода кобъекту разработки как к целостной системе,СКЗ (n1) есть единая совокупность подсистем, объединенных одной общей целью–обеспечениемкомплексной защитырезервуаров и трубопроводов, запорно-предохранительной арматурыот опасных воздействий, обусловленных коррозией, нагревом,механическими воздействиями, протечками вразъемных соединениях, арматуре, ошибками и несоблюдением норм припроектировании, изготовлении,эксплуатации.
опасные внешниевоздействия;
результаты опасныхвнешних воздействий
Рисунок 2 Структурнаясхема внешних воздействий наподземные РТ СУГ
СКЗвключает в себяподсистемы пассивной (n2) иактивной (n3) защиты границ РТ.
Отличительнымэлементом алгоритма является выявлениецелевых функций, математически описывающихцель разработки защиту отопасных воздействий. В качестве целевых функций изаранее задаваемых нормативныхпараметров,которым они должны удовлетворять, приняты:
- индивидуальныйриск Ринд, длякоторого согласно ГОСТ Р 12.3.047-98 «Пожарнаябезопасность технологических процессов» вкачестве нормативного параметраустановлена следующая вероятностьвозникновения пожара и взрывной волны врезультате опасныхвоздействий:
;(1)
2) уровень коррозионнойагрессивности на наружной стальнойповерхности резервуара и трубопроводакор в зависимости отмассовой доли воды gв, электропроводящих солейgэ.с, сульфатов gсул, кислородаgк, водорода gв-д, длякоторого установленонулевое значение:
кор. = f(gв,gэ.с., gк, gсул, gв-д) = 0;(2)
3) максимальная температура грунта
на глубине h = 0,5 м,наблюдаемая в момент времени =8 ч после возникновения нагрева состороны его поверхности стемпературой tп при начальнойтемпературе грунта tгр.н наглубине h= 0,5 м вмомент времени = 0:
= tгр.н [1 – ( 
)](tгр.н – tп) < 45 оС,(3)
где 
табулизированная функция Крампа;
4) суммарная величинаутечек СУГ из подземных резервуара итрубопровода в окружающуюсреду Vут взависимости от величин утечек СУГ снаружной поверхности n-ого элементаподземных РТ Vn.ут (сосуда дляхранения, крышки-фланца, разъемныхсоединений, первой запорной ипредохранительной арматуры и автоматики),для которой установлено нулевоезначение:
Vут = 
(4)
Проведенный анализпоказывает, что механизм образованияповреждений РТ и систем их защиты от опасныхвоздействий складывается из пяти этапов,протекающих в строго определеннойпоследовательности от п. 1.1 до п. 1.5 (рисунок3).
1.1 сквозныеповреждения защитного футляра(пассивной защиты) подземных РТ СУГ; 1.2 нарушениеили отсутствие механизма контроля и оповещения офункционировании системы пассивнойзащиты; 1.3 нарушениережима работы активной защиты стенокподземных РТСУГ;1.4 нарушение или отсутствие механизмаконтроля и оповещения офункционировании системы активной защиты; 1.5 утечкиСУГ в окружающую среду;2.1 требования к футляру икожуху: 2.1.1 прочность футляра при ударе не менее30 Дж/(кг·см); 2.1.2– переходное электросопротивление послемонтажа неменее 105Ом·м2; 2.1.3 отсутствиепробоя при напряжении 5 кВ/мм толщины футляра; 2.1.4 пределогнестойкости кожуха не менее 150 мин; 2.2оснащение системамипостоянногоконтроля герметичности защитного футлярас обеспечением автоматическойсигнализации о разгерметизации; 2.3 режимработы активной защиты не должен зависетьот изменения коррозионных и механическиххарактеристик окружающего грунта и воздуха; 2.4 оснащениесистемамипостоянного контроля герметичности РТСУГ с обеспечением автоматическойсигнализации о разгерметизации; 2.5 возможностьбезопасногопредотвращения любой вероятной утечки СУГс образованием локальных зон загазованностиконцентрацией более 20% нижнегоконцентрационного предела воспламенения газовоздушной смеси свероятностью Ринд < 10-8; 3.1 –предложения по футляру и кожуху: 3.1.1 футляр, обеспечивающийгерметичность оболочки вокруг наружнойповерхности стального сосуда итрубопровода СУГ; 3.1.2 – теплоизолированный герметичный кожухдля защиты разъемныхсоединений,запорных и предохранительных устройств РТ отнагрева и механических воздействий; 3.2 постоянный автоматическийконтроль герметичностизащитного футляра собеспечением звукового и/или световогосигнала обслуживающему персоналу; 3.3обеспечениезазора между резервуаром, трубопроводомСУГ и футляром с организацией активнойзащиты внутриобразовавшегося межстенногопространствапутем заполнения его инертной средой; 3.4 постоянныйавтоматический контроль одного изпараметров инертной среды: давления,содержания водяных паров, кислорода и др. собеспечением звукового и/или световогосигнала обслуживающему персоналу; 3.5 локализация утечки СУГ из РТ путем образованиянаружногогерметичногофутляра; 4 модель СКЗ: 4.1 подземная частьРТ СУГ заключена в герметичный футляр с наличием междуними пространства, заполненногоИГ, сорганизацией устройства постоянного контролягерметичности межстенного пространства,обеспечивающего автоматическую сигнализацию оразгерметизации как внутреннего сосуда СУГ, так и футляра; 4.2 надземная часть РТ(запорные устройства)заключена в герметичныйтеплозащитный кожух,заполненный ИГ, с организацией постоянного контроля давленияи температуры в его верхнейчасти; 5 разработкаконструкции СКЗ подземных РТ СУГ; 6 проверка соответствия заданного уровня требований: Ринд 10-8; кор =0; 
< 45C; Vут =0
Рисунок 3 Алгоритм созданияСКЗ подземныхРТ СУГ
В результатесистемного анализа (рисунок1) в п е р в ы е разработанметод создания СКЗ,позволяющийна основе выявления и анализа опасныхвоздействийна подземныеРТ СУГ (рисунок 2), поиска целевыхфункций [формулы (1) (4)] изадания им минимальныхнормативных значенийполучить м о д е л ь СКЗ подземных РТСУГ с заранее заданнымуровнем требований (рисунок3). Применение м о д е л и уменьшает вероятностьразгерметизации с 10-3 год-1 для существующих аналогов до 10-8 год-1.
На основе моделиразработаны н о в ы е технические решения комплексной защиты путемзаключения РТ в защитные футляры,заполненные осушенным азотом савтоматическим контролем верхней и нижнейграниц давления, приведенные на рисунке 4.
1 – кожух для запорных устройств иавтоматики; 2 –крышка сосуда СУГ; 3 – запорный кран; 4 – электромагнитныйклапан; 5, 6 –сбросные клапаны; 7 – датчик утечки СУГ; 8 – патрубок; 9 – стенка кожуха 1;10, 14 теплоизоляция;11 – футляр сосуда СУГ; 12 – уплотнение; 13– крышкакожуха 1; 15 датчик температуры; 16 блок управления; 17,18– световой извуковой сигнализаторы; 19 – сосуд СУГ; 20 – трубопровод СУГ; 21,35 сброснаятруба; 22, 26, 29, 31, 32, 41 – патрубки инертного газа (ИГ); 23, 27, 28,40 –отключающие устройства инертного газа; 24, 38 межстенноепространство; 25 – инертный газ; 30 – футляртрубопровода СУГ; 33, 34 – верхняя и нижняяграницы давления инертного газа; 36 – отключающееустройство СУГ топливораздаточнойколонки; 37 – заборное устройство СУГ
Рисунок 4 Конструкция СКЗРТ
Здесь постоянныйавтоматический контроль возможностиутечек СУГ, коррозии и нагрева осуществляется спомощью двухпозиционного прибора контролядавления, который настроен по своейверхней позиции 33 на срабатывание при давлениибольше расчетного Рр на величину его допустимогоповышения Р
за счет утечек СУГв пространство 24 при разгерметизации стеноквнутреннего сосуда 19, стенок соединенногос ним внутреннего трубопровода20 и запорной арматуры3, 4; по своейнижней позиции 34 на срабатывание при давлениименьше расчетного Рр на величину его допустимогопонижения Р
за счет утечекинертного газа 25 из межстенногопространства (МП) 24 в окружающую среду приразгерметизации стенок наружногополимерного футляра 11сосуда 19, стеноксоединенного с ним футляра30 трубопровода 20, кожуха 1.Предохранительные сбросные клапаны 6 и 5 сприсоединенными к ним сброснымитрубопроводами 35 и 21 предназначены дляустраненияутечек СУГ при разгерметизации стеноквнутреннего сосуда 19, запорных устройств3,4 и дальнейшем увеличении давленияинертного газа 25 выше (Рр + Р
) на величинупредельного повышения давления Рпр.
Порезультатам создания конструкции СКЗ разработаны Технические предложения поповышению безопасности и снижениюстоимости многотопливных и газовыхавтозаправочных станций, одобренныеписьмом ФГУ ВНИИПО МВД России № 43/3.5/1198 от23.04.2001 г.
Третья глава посвящена определению расчетныхпараметров СКЗ подземных РТ СУГ, заключенных в футляр, заполненный инертнымгазом.
В результате расчетовпо целевой функции (3) установлено, чтозащита всех элементов РТ СУГ от нагреварешается за счет их подземного размещения.В то же время со стороны грунта на РТ СУГимеют место коррозионные воздействия,различные по типу и степениагрессивности.
Для протеканияразличных типов коррозии стальныхсооружений необходимо одновременное наличие вокружающей их среде определенныхкоррозионныхагентов, например для химической воды икислорода,электрохимической водыи электропроводящих солей.
Было установлено, чтонаиболее приемлемой инертной средой,используемойв МП подземных РТ СУГ, является газообразный азот поГОСТ 9293– 74 не нижепервого сорта с содержанием азота не менее99,6 % объемн., содержаниемкислорода неболее 0,4 % иабсолютнымвлагосодержанием 0,054 г водяных паров на один кгИГ притемпературе 20 0С и давлении 101,3 кПа.При понижении температуры в МП ниже точки росы водяные парыконденсируются, образуют водяныескопления и создают реальные предпосылкидля протекания различныхвидов коррозии при наличии вгазообразном азоте и нанаружных поверхностях РТ кислорода,электропроводящих солей, другихкоррозионных агентов.В МПуказанныекоррозионные агенты могут попасть врезультате ненадлежащего проведения операцийпри изготовлении, хранении,транспортировании, продувке.
Проведенный анализпоказывает, что параметрами,устанавливающими
границырежимов нормальной эксплуатации СКЗ без коррозиинаружных поверхностей РТ,являются избыточное давление инертногогаза в МП; относительная влажность и температураконденсации водяных паров, содержащихся в ИГ.
Величина минимальногодавления инертного газа в межстенномпространстве, при котором дальнейшаянормальная эксплуатация не гарантируетсяи когда в связи с этим может произойтисрабатывание двухпозиционного прибораконтроля давления, определяется как
Р
=Рр Р
.(5)
На температуру, аследовательно и давление инертного газа вфутляре, оказывают существенное влияниекак температура окружающего грунта,изменяющаяся по закону гармоническихколебаний, так и температура СУГ.
В результатеисследований в п е р в ы еполучены аналитические зависимости (5) (10) дляопределения основных эксплуатационныхпараметров ИГ в межстенномпространстве РТ и кожухе, при которыхобеспечивается нормальнаяэксплуатация предлагаемых СКЗподземных РТ СУГ при отсутствиикоррозии наружных поверхностей РТ:
Р
; (7)
; (8)
;(9)
р< tиmin. (10)
С целью определенияосновных эксплуатационных параметровинертного газа, при которых обеспечиваетсянормальная эксплуатация предлагаемыхСКЗ подземных РТ СУГ, по формулам (5) (10) были проведены соответствующиевычисления, в результате которыхполучены следующие расчетные величины:минимальная температура tиmin =минус 31,2 оС,максимальное значение относительнойвлажности иmax = 35 %, допустимое снижение давления
Р
р =минус 39,5 оС.Согласно формуле (10) следует, чтоконденсация водяных паров на наружныхповерхностях, заключенных внутри МП РТСУГ, и как следствие, любые видыкоррозии полностьюисключаются.
Величина расчетногоизбыточного давления инертного газаРрвнутри герметичного кожуха принятаравной 0,035 МПа. Величина минимальногоизбыточного давления инертного газаР
в МП по формуле (5)составит 0,0205 МПа. Аналогично,принимая Р
= Р
, величина максимальногодавленияинертногогаза Р
= Рр + Рдопв= 0,035 +0,0145 = 0,0495 МПа.
С учетом возможных утечек инертного газа из футляра вокружающую среду или СУГ из РТ в футляр,обусловленных опасными внешнимивоздействиями, предельные значения нижней иверхней границ избыточного давлениягазообразного азота в межстенномпространстве, при котором осуществляетсясрабатывание двухпозиционного прибораконтроля давления, принимаются равными соответственно: Рпр.н = 0,015 МПа иРпр.в = 0,055МПа.
Экспериментальнаяпроверка полученных зависимостей (5) (10) дляопределения основных эксплуатационныхпараметров, устанавливающих границырежимов нормальной эксплуатациипредлагаемых СКЗ подземных РТ СУГ,проведенная на опытно-промышленномобразце подземной резервуарнойустановки СУГ объемом 12 м3, размещенной в г.Пензе на территории многотопливной АЗСкомпании ООО «Лукойл Средневолжскнефтепродукт», показалахорошую сходимость.
Схемаэкспериментальной установки приведена нарисунке 5.
Теоретическиезначения изменения расчетногодавления и относительной влажности взависимости от температуры инертногогаза, вычисленные по формулам (5) (10) при исходныхданных, имевших место припроведении натурных испытанийопытно-промышленного образца СКЗподземной резервуарной установки,приведены на графике (рисунок 6). На осиабсцисс начало отсчета месяц июнь.
теоретические значения давления ивлажности;экспериментальные значения;
линияконденсации водяных паров
Рисунок 6 Изменение параметров СКЗ
в течение годового цикла
испытаний
Здесь же длясравнения приведены экспериментальныезначения давления и относительной влажностигазообразного азота в межстенномпространстве. Результаты экспериментальныхисследований подтверждаютаналитические зависимости. Средние отклонения теоретическихи экспериментальных значенийизменениядавления составляют 9,8 %;относительной влажности 13,4 %.
Из графика видно, чтозначения относительной влажности напротяжении всего холодного периода ниже линииконденсации водяных паров.
Расчеты по формулам (1) (10) показали, что предлагаемаяконструкция СКЗ РТ полностьюудовлетворяет разработанной модели иалгоритму (рисунки 1 3).
По результатамопределения эксплуатационных параметровразработан СТО 17446935-1-2008 «Техническиерешения по обеспечению герметичностиустановок хранения и распределениясжиженных углеводородных газов путемзаключения их в футляр с азотом».
Четвертая глава посвящена разработкеметодических положенийи проведениюобоснования и оптимизации СКЗ РТ баз храненияСУГ.
Вопросытехнико-экономическогообоснования и оптимизации сложных технических систем в условиях значительнойнеопределенности исходной ценовой информации требуютприменения достоверных методовэкономического анализа.Отдельные аспекты этойважной проблемы освещаются в работахБерхмана Е.И., Усачева А.П.,трудах Сибирскогоинститута системных исследований РАН и других работах. Следуетотметить, однако, что предложенныеавторами решения получены вдетерминированнойпостановке, не учитываютвлияние неопределенности исходной экономическойинформации, прямых и обратных внешнихсвязей и ряд других факторов.
В целях полученияуниверсального и достоверногорешения задачи оптимизации разработанметод структурирования СКЗ и ее отдельныхподсистем, звеньев и элементов. В основу системногоподхода при оптимизацииСКЗ подземных РТ СУГположены известные методическиеразработки, включающие такие его положения, как четкаяпостановка цели исследований,структурирование, учет влияния внешнихсвязей, иерархический подход, учетдинамики развития системы, неопределенностиисходной информации и надежности,математическое моделирование иоптимальность полученных результатов.Базируясь на принципах аналогии системодинакового назначения, методпозволяет приводить все варианты СКЗ,независимо от вида используемых в нихзащитных агентов, к одинаковой структуре.
В настоящее время длякомплексной защиты подземных РТ АГЗС, МТАЗС идругихобъектов хранения СУГ нашли применение двасопоставимых варианта СКЗ.В а р и а н т I (рисунок 7, а)– системакомплексной защиты: 1) от коррозии спомощью защитных покрытий и установоккатодной защиты; 2) от нагрева, утечек с помощьювторого стального сосуда. В а р и а н т II (рисунок 7, б) СКЗпутемзаключения сосуда СУГ в полимерныйфутляр,заполненный азотом.
На основе принципааналогии систем одинаковогоназначения составлена структурнаясхема i-оговарианта СКЗ подземных РТ СУГ наиерархическом уровне подсистем z, звеньев j, элементов p, приведенная нарисунке 8.
 |  |
а)б)
а – вариант I (базовый); б – вариант II(предлагаемый)
Рисунок 7 Конкурирующиеварианты СКЗ подземных РТ СУГ
Ji32 – межстенное пространство; Ji31– устройство удаления паров СУГ ввоздух; Ji22 – приборыавтоматического контроля герметичностифутляра; Ji21 – защитныйгерметичный футляр; Ji11 – установкаподдержания и изменения потенциалазащитного агента; Ji12 – соединительныекоммуникации и отключающие устройства;Ji13 –устройства распределения ЗА; Ji14– приборы,показывающие потенциал ЗА; Ji15– приборыавтоматического контроля измененияпотенциала ЗА; Рi322 – стенка сосуда для локализацииутечек СУГ; Рi321 – запорный кран для заполнения ЗА;Рi311 –сбросной клапан; Рi312 – сбросная труба;Рi221 –приборы автоматическогоконтроля; Рi222 – устройство светового оповещения;Рi223 –устройство звуковогооповещения; Рi211 – крепление футляра к сосуду;Рi212 –защитное покрытие; Рi111– сосуд для хранения ЗА; Рi112– регулятор потенциала ЗА; Рi121– соединительные коммуникации; Рi122– отключающие устройства; Рi131– распределительные устройства;Рi132 –отключающие и регулирующиеустройства; Рi141 – показывающие устройства; Рi142– отключающие и переключающиеустройства; Рi151 – приборы автоматического контроля;Рi152 –устройство световогооповещения; Рi153 – устройство звуковогооповещения
Рисунок8 Структурнаясхема СКЗ РТ СУГ на основесистемного подхода
В общем случае имеетсяi-оеколичество вариантов СКЗ подземных РТСУГ, каждыйиз которых имеет одинаковую структуру ивключает z-оеколичество подсистем более низкогоиерархического уровня. При этомкаждая z-аяподсистемасодержит jзвеньев, а каждое звено содержит p элементов. Каждыйиз i-ых вариантов СКЗ подземных резервуаров итрубопроводов баз хранения СУГ,использующих в качестве защитного агента(ЗА) электроэнергию i =1, инертныйгаз i = 2 илидругой защитный агент, включает следующиеподсистемы: zi1 – подсистему активнойзащиты; zi2 – подсистему пассивнойзащиты; zi3 – подсистему локализации ирассеивания СУГ. Индексы вобозначении z указывают (читатьсправа налево) номер подсистемы иномер i-ого варианта СКЗ.Например,z12 –подсистема №2 i-ой системы №1. Каждый из вариантов СКЗ РТСУГ получает i-ый защитный агент изболее общей системы, которая по отношению кней являетсявнешней (см. рисунок 8) по расчетной стоимости Сiz (сплошная линия), комплексноучитывающей всю совокупностьэкономических, социальных, экологических и другихсвязей и критериев. Корректирующее влияниеСКЗ на внешнюю систему снабженияосуществляется через обратную связь(пунктирная линия) с помощью коэффициентаее полезного действия iz.Величина и характер iz взначительной степени определяютсяфункциональными особенностями работыz-ойподсистемыактивной защиты. В свою очередь, любаяиз подсистем z, например zi1 (подсистемаактивной защиты), включает j свойственных ейзвеньев: ji11 –установку поддержания иизменения потенциала ЗА (индексрасшифровывается справа налево как j-оезвено № 1,z-ойподсистемы № 1, i-ого вариантаСКЗ); ji12 соединительные коммуникации иотключающие устройства; ji13–устройство распределения ЗА;ji14 – приборы,показывающие потенциал ЗА; ji15– приборы автоматического контроля и оповещенияо недопустимом изменении потенциалазащитногоагента. Каждое из j-ых звеньев СКЗ,например звена ji11 подсистемыzi1,включаетpсвойственных ей элементов: рi111– сосуддля хранения защитного агента (индексрасшифровывается справа налево как p-ый элемент№ 1, j-ого звена № 1, z-ой подсистемы№ 1, i-ой системы); рi112 регулятор изменения потенциала ЗА.
Математическоемоделирование осуществляется вусловиях неопределенностиконвертирования ценовых факторов длявременного интервала
t= 0, 1, 2,..., T.
Предлагаемаяматематическая модель обоснования иоптимизации СКЗ резервуаров и трубопроводов базхранения СУГ включает всебя принципиальную иструктурную схемы (рисунки7 и 8), целевую функцию (11),уравнения внешних связей (12), системубалансовых уравнений (13),(14), систему ограниченийуправляющихпараметров (15) и вп е р в ы е учитываетдинамику развития СКЗ и иерархию еефункционирования в условияхнеопределенности экономической информации.
В качестве критерияоптимальности ц е л е в о й ф у н к ц ии принят минимум удельных интегральныхзатрат в СКЗ:
Зi=
atСizt G izt iz/izt (Fiр)+
af [
цizjp(Fiр,d,H,S,hк,L1)+
+
at t
иizjm(Fiр,d,H,S,hк,L1)} =min; (11)
at = (1 + Е)-t; af = (1 + Е)
;G iz = Gп. iz /iz;
цizjp= Цizjp/Fiр; кizjp= Кizjp/Fiр; иizjp=Иizjp/Fiр;
Сizt = Ciпt B1 B2 
kct; iz =f(Gi, Fр,).(12)
С и с т е м а б а ла н с о в ы х у р а в н е н и й дляСКЗ и ее внешних связей за весь срок функционирования имеет следующийвид.
1.Уравнение балансазащитного агента G it, отпускаемого извнешней системы и полезноиспользуемогоЗА Gп.izt в i-ом вариантеСКЗ при коэффициенте полезногодействия izt:
Git = 
Gп.izt / izt.(13)
2.Уравнениегидравлического(аэродинамического, электродинамического)баланса для каждого защитного агента z-ойподсистемыСКЗ:
(Р + P P)iz =0.(14)
Здесь P, P давление(напряжение) защитного агента наисходящей ( ) или входящей ( ) i-ой связи z-ойподсистемы СКЗ, Па (В), а P перепад давления(напряжения) в z-ой подсистеме СКЗ, Па (В).
С и с т е м а о г р а ни ч е н и й управляющих параметровфункции (11):
H = 
; d = 
; S =
; (15)
L1 = 
; hк = 
; Fip=
.
Математическая модельоптимизации СКЗ позволяет на базесистемного подхода приводить всеконкурирующие варианты СКЗ к единойструктуре и реализуетсопоставимость конкурирующихСКЗ резервуаров и трубопроводов базхранения СУГ по одинаковости границ иучету всех затрат; количеству агентаGit,подведенного i-ому варианту СКЗ; срокам службысистем и отдельных ее элементов; изменениюрасчетной цены Cizt на i-ыйзащитный агент во временной динамикесогласно (11); надежности и сезонностипоставок.
Минимизация целевойфункции (11) с учетом (12) (15) в общейпостановке затруднительна ввиду большогообъема и разнообразия функциональныхсвязей. Поэтому комплекснаяоптимизация СКЗ резервуаров итрубопроводов баз хранения СУГпредусматривает ряд взаимосвязанныхподзадач, последовательность решениякоторых определяет иерархию построенияматематической модели.
К числу задач, решаемыхна п е р в о м иерархическомуровне, относится обоснование вариантаСКЗ РТ СУГ. Для обоснования варианта СКЗ РТСУГ использоваласьматематическая модель (11) (15) с введениемследующих упрощающих допущений: управляющиепараметры d,H, S, hк,L1 (рисунки 9,10) переведем в разрядисходных данных с их подбором согласноизвестным литературным источникам; сметные показателиСКЗ укрупнены и включают в себястоимостьоборудования и дополнительные капвложенияна его установку; сооружение СКЗосуществляется в течение одного года споследующим выходом объекта на проектнуюмощность при постоянном уровнеэксплуатационных издержек.
Тогда с учётомпринятых допущений целеваяфункция (11) примет вид
Зi =
atС iztGizt iz/izt (Fiр)+
о кizj(Fiр)[
af +t 
аt·izj]= min; (16)
at =(1 + Е)-t; af= (1+Е)
Реализация целевойфункции (16) в такой постановке требуетналичия достоверной информации в частистоимостной оценки составляющих затрат поСКЗ РТ баз хранения. Отсутствиенадежной информации о ценовой динамике, особенно наперспективу, сложность и противоречивостьинфляционных процессов затрудняют применениедетерминированных математических моделейи требуют разработки специальныхметодических подходов к решению задачи.
Характернойособенностью современного этапареформирования отечественной экономикиявляется перевод энергоносителей, в томчисле и при использовании их в качествезащитных агентов, на мировой уровеньцен. Переход на мировые цены – важнейшая задачаотечественной экономики, решение которойявляется предпосылкой широкой интеграцииРоссии в мировое экономическоесообщество.
В этой связи приреализации математической моделистоимостная оценка энергоносителей, в томчисле и при использовании их в качествезащитных агентов, осуществлялась врасчетных ценах, ориентированных намировой уровень (выраженных в долларахСША по курсу 2007 года без учета инфляционнойсоставляющей).
В отличие от стоимостиЗА другие компоненты целевой функции(16), такиекак капитальные вложения иэксплуатационные расходы, не имеют мировыханалогов,поскольку основные составляющие указанныхзатрат, как то: стоимость местныхматериалов, зарплата, транспортные расходыи др., полностью определяютсярегиональными особенностями. Поэтому приисчислении капитальных вложений иэксплуатационных расходов использовалисьотечественные цены (выраженные в долларахСША по курсу 2007 года), индексированные с помощьюкоэффициентов о и t с учетом удорожания ТЭРпри переводе последних на расчетныецены.
Поскольку влияниеудорожания энергетических ресурсов изащитных агентов на увеличениекапитальных вложений и эксплуатационныхрасходов точно учесть не представляетсявозможным, в расчетах использовались двеграницы затрат:
- нижняя граница, когдаудорожание энергоносителей и защитныхагентов невлияет на стоимостную оценку затрат,поэтому коэффициент индексации принимается равнымсвоему минимальному значению: о =оmin = 1;t = tmin =1;
- верхняя граница, когдазатраты индексируютсяпропорционально удорожанию энергоносителей изащитных агентов, т.е. когда коэффициентиндексации принимается равным своемумаксимальному значению: о =оmax;
t =tmax.
Наличие двух уровнейзатрат обуславливает зонуэкономической неопределенности, впределах которой сравниваемые вариантыСКЗ являются равноэкономичными.
При этом, как показываетдополнительный анализ, максимальная
погрешностьдетерминированного решения задачи прио = (оmin +оmax)/2и
t = (tmin +tmax)/2 не превышает 17,5 %,что вполне достаточно для практическихинженерных расчетов.
Сравнениеконкурирующих вариантов осуществляется сучетом их сопоставимости, и в первуюочередь, по назначению, т.е. по защитеподземного резервуара объемом 10 м3 и трубопроводанаружным диаметром 57 мм от опасныхвоздействий:
вариант № 1 существующая СКЗот коррозии с помощью защитных покрытийвесьма усиленного типа на основебитумно-полимерной мастики толщиной 9,5 мм иустановок катодной защиты; защита отнагрева, механических воздействий,утечек СУГ осуществляется с помощьювторого стального сосуда и защитногокожуха в соответствии с рисунком 7, а;
вариант № 2 предлагаемая СКЗ путем заключения подземных РТ иарматуры в полимерныйфутляр и защитныйтеплоизолированный кожух,заполненные азотом сконтролируемыми параметрами, в соответствии с рисунком 7, б.
Экономическиепоказатели на оборудование принималисьсогласно данным фондовой биржи. Порезультатам расчетов для существующего ипредлагаемого вариантов приудельных затратах вподсистему пассивной защиты 32,5и 05,4 долл./м2, в подсистему активной защиты 154,4и 25,6 долл./м2,в получение защитных агентов 14,2 и 1,15долл./(м2год)соответственно, экономия отприменения СКЗ путем заключения РТ вполимерный футляр, заполненный азотом,составляет 80,7 %.
Резервуары базхранения СУГ являются центральнымзвеном технологической цепочкиснабжения потребителей сжиженнымуглеводородным газом. Большаяматериалоемкость двустенныхрезервуаров, сложность и трудоемкость монтажных работобуславливают высокую стоимостьстроительства. В этой связи обоснованиеоптимальных размеров, конфигурацииполимерного футляра сзаключеннымвнутри него сосудом, способа его установкиявляется важным резервом повышенияэкономичности баз хранения СУГ. Традиционная технология монтажа подземногорезервуара в защитный футляр, укрепленный радиальнымиребрами жесткости с его наружнойстороны,предусматривает полную обратную засыпкукотлована песком с вывозом вынутогогрунта в отвал. В развитие конструкций и способовмонтажа подземных резервуаров разработана альтернативнаятехнология, предусматривающая установку резервуара в полимерный ударопрочный футляр,укрепленный радиальными ребрами жесткостис его внутренней стороны и имеющий гладкую наружнуюповерхность с антифрикционнымисвойствами(патент № 18564 от27.06.2001 г.), и позволяющая осуществлятьобратную засыпку котлованаранее вынутым грунтом без вывоза его вотвал.
В этой связи на вт о р о м иерархическомуровне для обоснованного на первом уровневарианта СКЗ осуществляетсяопределение оптимальной формыосновного ее элемента полимерного футлярас заключенным внутри него сосудом СУГ.Форма полимерного футляра Ф характеризуетсяотношением его длины по эллиптическимднищам H кдиаметру d,т.е. Ф = H / d,откуда H = Фd(рисунок 9).
Согласно общейматематической модели оптимизации (11) (15),полимерный футляр диаметром d и длиной Hвключает в себя цилиндрическую обечайку идва эллиптических днища. Конструктивнообечайка и днища выполняются толщиной S свнутренними поверхностями,укрепленными кольцами жесткоститолщиной t, расположенными через расстояние L1 (рисунок 10).
Капитальные вложенияK2z в установку полимерного футляра1 с сосудом 2 СУГ, расположенного подземно в котловане5, включают в себя стоимостьK21 полимерного футляра1, стоимость K22 расположенного внутри негососуда 2, стоимость K23 отчуждаемой территории 3,капитальные вложения K24в устройство фундаментов 4 под футляры 1,капитальные вложения K25в разработку котлована 5,капитальные вложения K26 и K27 в устройствонаружного ограждения 6 и отсыпки 7 над поверхностьюматерикового грунта вокруг футляров.
а)б)
а – фронтальный вид;б –план
Рисунок 9 Расчетная схема определения оптимальнойформы защитного футляра
при групповом расположенииподземных резервуаров СУГ
Для определенияоптимальной формы полимерного футлярас заключенным внутри него сосудомСУГ использовалась математическая модель(11) (15) с введением следующихупрощающих допущений: системы СКЗосуществляется в течение одного года;параметры, характеризующие конструкциювнутреннего оребрения футляра, переводятся вразряд исходных данных с их подборомсогласноизвестным литературным источникам;сметные показатели СКЗ укрупнены и включают всебя стоимость оборудования идополнительные капвложения на его установку, срокслужбы всех подсистем футляра с сосудомСУГ является одинаковым.
Расчетная схемаопределения оптимальных соотношенийH/d полимерныхфутляров для базы хранения из двухрезервуаров СУГ, расположенных вкотлованеподземно,приведена на рисунке 9.
Выбор оптимальнойконфигурации с учетом вышеуказанныхдопущений сводится к минимизациикапвложений в групповую установку из двухполимерныхфутляров с заключенными внутри нихсосудами СУГ:
K2z(H/d)= min.(17)
Ниже приведеныаналитические зависимости дляопределения капитальныхвложений K2z по всемэлементам групповойустановки из двух полимерных футляров сзаключенными внутри них сосудами СУГ:
К21= 2кп.ф п.ф d2(Ф+0,69)(Рп.фd /2п.ф); =Sу/Sну.(18)
К22= 2км м [d– 2( +Sр)]2 (Ф +0,69) [Рр (d– 2( +Sр))/2р+ Sк].(19)
К23= котч Fотч = котч (2iНк+2d+3)(2iНк+d+2). (20)
К24 =2кф{1,1 Vр+{[d–2( + Sр)]2(Ф+0.69)}вм[d–2( +
+Sр)]2(+0,69){р[d–2( + Sр)]2р+Sк}голкргр п.о (21)
d2(Ф+0,69)(Рп.оd /2п.о) }/б.
К25 = ккНк (Фd+1)(2d+2)+(2iHк+Фd+1)(2iHк+2d+2)]. (22)
K26 = 2 когр(Ф d +2d +3).(23)
K27 = (котсНотс/6)[(2iHк+2d+3) (2iHк+Ф d+0,5+2)+(2iHк+2d+3-2iHотс)
(2iHк+Ф d+0.5 d +2-2iHотс)+(4iHк+4d+6-2iHотс)(4iHк+2Ф d+4-2iHотс)]. (24)
Реализацияэкономико-математической модели (17) (24) позволила выявить оптимальныезначения конфигурации Ф для групповойустановки из двух полимерных футляров сзаключенными внутри них сосудами СУГ.Результаты расчетов по (17) (24)показывают, что минимальные капвложения всооружение полимерныхфутляров с заключенными в них резервуарами СУГдостигаются при оптимальнойконфигурациифутляров, равной 2,2: Фopt =2,2.
Как показываетсравнительный анализ, применение сосудовСУГ, установленных в полимерный ударопрочныйфутляр оптимальной конфигурации,укрепленныйрадиальными ребрами жесткости с еговнутренней стороны и имеющий гладкуюнаружную поверхность сантифрикционными свойствами(патент № 18564), снижаетсметную стоимость строительства СКЗ базхранения в
1,3…1,4 раза. Приэтом исключается потребность впесчаной засыпке; отпадает необходимость вывозагрунта в отвал, учитывая, что объемгрунта,занимаемый футляром 1, полностьюрасходуется на сооружение насыпи 7(рисунок 9).
Выявление оптимальнойформы полимерного футляра (H/d) с заключенным внутринего сосудом СУГ, укрепленного с внутренней сторонырадиальными ребрами жесткости,позволяет на т р е т ь е м иерархическом уровне решитьзадачу оптимизации егогеометрических параметровS, hк,L1 (рисунок 10).
1 полимерныйфутляр; 2 –резервуар СУГ;
3 – кольца жесткости
Рисунок 10 Расчетнаясхема оптимизации
геометрических параметров
полимерногофутляра
Анализ различных типовполимеров показал, что изимеющихся материалов для корпуса футляра, исходя из назначения, областиприменения, требований подиэлектрическим свойствам, механическойпрочности,влагопроницанию, в наибольшейстепени подходятармированные конструкционныестеклопластики.
Для определенияоптимальныхгеометрических параметровполимерного футляра с заключенным внутринего сосудом СУГ использоваласьматематическая модель (11) (15) с введениемследующих упрощающих допущений: срокслужбы всех подсистем футляра с сосудомСУГ, его фундамента, наружного ограждения, отсыпкигрунта вокруг футляров являетсяодинаковым; цилиндрическая обечайка иэллиптические днища одногои того же внутреннегодиаметра, испытывающие одно и то женаружное давление, рассматриваются какодин элементс толщиной стенок S и длиной L; сметные показатели сооруженияСКЗ укрупнены и включают в себястоимость оборудования и дополнительныекапвложенияна его установку.
В качестве критерияоптимальности целевой функции (11) (15) с учетом вышеуказанныхдопущений примем минимум капвложений вполимерный футляр толщиной S, укрепленныйрадиальными ребрами жесткости высотой hк, расположенными через расстояние L1:
K22р(S,L1,hк) =кп.фп.ф[(d2(H/d+0,69)S+t/4(d2-(d -2hк)2)Int(Н/L1)]= min. (25)
Б а л а н с о в ы еу р а в н е н и я к целевойфункции (25):
1. Балансовоеуравнение, описывающее условие, чтодопускаемое давление [Р], которое можетвыдержать полимерный футляр, должно бытьбольше или равно расчетномунаружному давлению Ргр, оказываемому нанего со стороны грунта:
[Р] Ргр или [2 [] S+2(Ак/L1)[]]/(d+S)/[1+{(2[]S+2(Ак/L1)[]]/(d+S)/
/(20,810-6 Е /kВ1nу) (d / Н) 100 kS/d]2,5}2 гр Нгр /. (26)
2. Балансовое уравнение моментовинерции радиального ребра жесткостиполимерного футляра:
I Iр или Iк+(L1S3/10,9)+е2[(АкLеS)/(Ак+LеS)](0,1Pd3L1/E)(nу/2,4)k5 (27)
С и с т е м а о г ра н и ч е н и й управляющих параметровцелевой функции будет выглядеть следующимобразом:
Smin S Smax; (28)
L1min L1 L1max;(29)
hк.min hк hк.max.(30)
Определениеоптимальных геометрических параметровцелевой функции (25) осуществлялось путемнаправленного поиска минимума капвложенийкак функциитрех независимых переменных градиентнымметодом:
K2р(S, L1,hк) = min. (31)
Данная задача решеначисленным методом для ряда толщин t радиальногоребра жесткости полимерного футляра. Результатырасчетов показывают, чтооптимальныезначения независимых параметров приt = 20 ммсоставляют:
Sopt = 6мм, L1.opt= 125 мм, hк.opt =27 мм.
По результатампроведенной оптимизации СКЗ разработан
СТО 03321549-001-2008 «Рекомендации по обоснованиютипа системыкомплекснойзащиты и оптимизации полимерногофутлярадля резервуара СУГ» для дальнейшего практическогоиспользования проектно-конструкторскими,монтажными организациями и заводами-изготовителями.
Пятая глава посвящена разработке основрасчета и оптимизации геометрических параметров СКЗ парожидкостных трубопроводовбаз хранения СУГ путем заключения их вполимерные теплоизолированные футляры,заполненные инертным газом с контролируемымипараметрами.
Задачатранспортировки жидкой фазы на территорииАГЗС, МТАЗС и аналогичных объектов сильноосложняется частичным ее испарениемвследствиетеплообменас окружающей средой. Для уменьшениятеплопотерь, а также для реализациитребований пожаробезопасности двустенныежидкофазныетрубопроводы СУГ выполняютсятеплоизолированными с наружной стороны футляра.
С целью повышенияэффективности предлагаемых СКЗ разработанаконструкция, вкоторой тепловая изоляциянакладывается на внутреннююповерхность герметичного футляра(рисунок 11, б) составлением пространства между теплоизоляцией и парожидкостным трубопроводом СУГ, котороезаполнено азотом под избыточнымдавлением.
 |
а)б)
а – расчетная схема;б –фрагмент в сечениях I-I и II-II
Рисунок 11 К определениюоптимальных геометрическихпараметров
защитногофутляра сзаключеннымвнутри него трубопроводом
С учетом того чтогеометрические параметры футляра, толщинытеплоизоляции и кольцевого пространствазависят, в первую очередь,от величины внутреннего диаметрапарожидкостного трубопровода СУГ (рисунок 11), задачарешаетсяпоследовательно в два этапа:
первый этап определениедиаметра трубопроводаигидравлических сопротивлений притечении по нему насыщенныхпарожидкостных смесей СУГ в условияхтеплообмена с окружающей средой;
второй этап определениеоптимальных геометрических параметровпредлагаемой конструкции теплоизолированного футляра с расположенным внутринего парожидкостным трубопроводомСУГ.
Н а п е р в о м э т а п ебыли проведены теоретические иэкспериментальные исследования, в результатекоторых наоснове известных соотношений гидро- и термодинамики всочетании с корреляцией Антуана в п е рв ы е получена система уравнений(32) (34),позволяющая определять диаметр трубопроводов и коэффициентгидравлического сопротивления при течении насыщенных парожидкостных смесейСУГ в условиях теплообмена с окружающей средой:
;
(32)
; 
;
;
.
В качестве замыкающихв (32) используются следующиесоотношения:
; (33)
.(34)
Конкретнойзадачей экспериментальныхисследований, проведенных вОАО «Гипрониигаз»,являлось обоснование возможностиприменения формул (33) для определенияпаросодержания 
и (34) для определения коэффициентагидравлического сопротивления спарожидкостной смеси насыщенного СУГ вусловиях теплообмена с окружающей средой,первоначально полученных МамаевымВ.А., Одишария Г.Э., КлапчукомО.В. применительно квоздухо-водяным смесям при ихадиабатическом пробковом течении вгоризонтальных и слабонаклонныхтрубопроводах.
Сравнение расчетных значений истинногопаросодержания 
расч иприведенного коэффициента гидравлическогосопротивления расч= с/жпарожидкостной смеси СУГ, полученных поформулам (33) и (34) для адиабатическихпотоков, сэкспериментальными значениями в условияхподвода тепла (рисунки12, 13) показало, что максимальное относительноеотклонение экспериментальных значений оттеоретических, не превышает 15,2 %.
Хорошее согласование опытных ирасчетных данных позволяет рекомендовать использовать расчетные формулы (32) (34) в инженерной практике для определениязначений истинного паросодержаниярасч и гидравлического сопротивления с.расч применительно к парожидкостнойсмеси СУГ при ее пробковом течении вгоризонтальных и слабонаклонныхтрубопроводах в условиях теплообмена с окружающей средой.
На базеполученных аналитическихзависимостей (32) (34) разработана программа определения гидравлическихсопротивлений при течении парожидкостной смеси СУГв горизонтальном трубопроводе в условияхтеплообмена с окружающей средой.
Н а в т о р о м эт а п е проводилась оптимизацияосновных геометрических параметровэлементов защитного футляра с размещеннымвнутри него трубопроводом: внутреннегодиаметра трубопровода d1 длятранспортировки парожидкостной смеси СУГот подземных резервуаров к пунктамтопливораздачи (рисунок 11); толщинытепловой изоляции 3, накладываемой навнутреннюю поверхность полимерногофутляра, перепада давления р5, создаваемогонасосом и численно равногогидравлическому сопротивлению при течениипарожидкостной смеси СУГ втрубопроводе на участке от насоса дотопливораздаточной колонки.
 Рисунок 12 Сопоставление экспериментальных значенийприведенного коэффициентагидравлического сопротивления эксп и теоретическихвеличин расч, рассчитанных поформуле(34) |   Рисунок 13 Сравнение экспериментальных значений эксп, полученных при различных значенияхудельной тепловой нагрузки ql/G, стеоретическими значениями расч., полученными по уравнению (33) дляадиабатических потоков |
Задача оптимизацииформулируется следующим образом.
В трубопровод 1внутренним диаметром d1и длинойL1, заключенный в полимерный футляр 4,заполненный азотом (рисунок11), со слоемтеплоизоляции 3, уложенной с внутреннейстороны футляра, и с кольцевымпространством 2 между ней и внутреннимтрубопроводом СУГ из резервуара 6 спомощью насоса 5 подается жидкая фаза СУГ с массовымрасходом G, которая затем поступает в топливораздаточныеустройства 7.
К наружной поверхностижидкофазного трубопровода 1 черезфутляр 4 и межтрубное пространство 2 спостоянной интенсивностью подводитсятепловой поток Q из окружающейсреды с температурой tО.Течение насыщенного СУГ от сечения I до сечения II, при еготеплообмене с окружающей средой,сопровождается испарением частижидкой фазы и образованиемпаровой. Порезультатам теоретических расчетов иэкспериментальных исследований, изменение паросодержанияпроисходит в следующих пределах: истинногообъемного 0
0,72,массового 0 
Х
0,15,что приводит к изменению режимов течения отпузырькового (сечение II) до пробкового.Транспортировка жидкойфазы к топливораздаточным колонкам 7 снепрерывно увеличивающимсяпаросодержанием осложняет заправкубаллонов 10 автотранспортных средств наАГЗС и МТАЗС, приводит к увеличениюдиаметра d1, и какследствие d4, атакже капвложений К1в парожидкостный трубопровод и К4 футляр.
С другой стороны,увеличение паросодержания, при неизменныхвеличинах диаметраd1 и капвложений К1 в парожидкостныйтрубопровод 1, приводит к пропорциональному увеличению скоростипарожидкостной смеси и гидравлическогосопротивления, численно равного перепадудавления р5,создаваемого насосом. Это, в свою очередь,увеличивает расход электроэнергии насосом5 на перекачку СУГ, затраты на ее оплатуИ5.
С целью уменьшениятеплопритока и сокращенияпарообразования ПЖТ покрываетсятепловой изоляцией 3 толщиной 3,что приводит куменьшению перепада давления р5, создаваемогонасосом, затрат электроэнергии длясоздания перепада давленияр5 иэксплуатационных расходовна их оплату И5.Вместе с этим увеличение толщины тепловойизоляции 3 приводит кувеличению капвложений К3в ее приобретение имонтаж.
Таким образом, толщина3 тепловойизоляции, величина внутреннего диаметра d1ПЖТ и перепад давления р5, создаваемыйнасосом, оказывают взаимное влияние навеличины Кр и Ир, аследовательно, являются управляющими параметрами моделиоптимизации двустенноготеплоизолированного трубопровода СУГ.
В целях определенияоптимальных параметровзащитного футляра сзаключеннымв него трубопроводом в пе р в ы еразработана математическаямодель, включающая критерийоптимальности целевой функции (35),балансовое уравнение тепловой энергии (36) [(37)],систему ограничений управляющихпараметров(38), уравнения для элементовзатрат (39) (50)и позволяющая определять оптимальные диаметр итолщину тепловой изоляции футляра,диаметр заключенногов футляр парожидкостноготрубопровода ипотери давления при течении СУГ:
Зi =
at
ИР[d1(c,с),3,Р5]+
KР[d1(c,с),3, Р5](1+
аt·р)} = min. (35)
Б а л а н с о в о еу р а в н е н и е тепловой энергии,переданной СУГ через стенки футляра итепловой изоляции парожидкостной смеси из внешней системы (окружающей среды)Qt.п и затраченнойна испарение части жидкой фазы Qt.и :
Qt.п = 
Qt.и, (36)
или в развернутомвиде:
.(37)
С и с т е м а о г ра н и ч е н и й управляющих параметровцелевой функции имеет следующийвид:
d1 min d1 d1 max ;3 min 3 3 max; P5 min P5 P5max.(38)
Капитальные вложенияKР для всехэлементов футляра 4, заполненногоазотом, со слоем теплоизоляции 3 и сзаключенным внутри негопарожидкостным трубопроводомопределяются по формулам:
К1= к1 1 
[(d1+ 21)2 d12]L1; (39)
К2 = к2 
[(d1+ 21+22)2 (d1+ 21)2]L1; (40)
К3 = к3 3 
[(d1+ 21+22+23)2 (d1+ 21+22)2] L1; (41)
К4 = к4 4 
[(d1+ 21+22+23+24)2 (d1+ 21+22+23)2] L2 ;(42)
И5(d1,3, Р5) = С5 
5,(43)
P5 =Ро –Р*;(44)
; 
; 
.(45)
Коэффициенты S3* и S4* определяются изсистемы уравнений, полученной с использованиемметода неопределенныхкоэффициентов:
, (46)
где 
;
(47)
;(48)
;
; 
;
, (49)
гдеa2,b2,2 - численныепараметры.
Здесь 
; 
корнимногочленов. (50)
Определениеоптимальных геометрических параметровдвустенного трубопровода согласно целевой функции(35) с учетом (36) (50)осуществлялось методом направленного поискаминимума интегральныхзатрат каждой из независимых переменных градиентнымметодом.Результаты расчетов по формулам
(35) (50) показывают,что оптимальные значения внутреннегодиаметра жидкофазноготрубопровода, толщинытепловой изоляции иперепада давления, создаваемого насосом, составляютсоответственно d1.opt =14,3 мм, 3.opt =8,5 мм,
P5 opt =8·10-3 МПа. В этом случае к установкепринимаются ближайшие стандартныетипоразмеры геометрическихпараметров: d1.opt.с =15,0 мм,
3.opt.с =9,0 мм.
Оптимальнаявеличина внутреннего диаметрафутляра трубопровода СУГпересчитывается по оптимальнымзначениям d1.opt.с, 3.opt.с следующим образом:
d4 оpt.= d1.оpt.с+ 21 +22 +2 3.opt.с = 15 +23,5+24 +29,5 = 49мм. (51)
В этом случае кустановке принимаетсяближайший стандартныйтипоразмер: d4.opt.с = 50,0 мм.
Результаты проведенной оптимизации СКЗтрубопроводов включеныв СТО03321549-001-2008 «Рекомендации пообоснованию вариантасистемы комплекснойзащитыпарожидкостныхтрубопроводов СУГ и оптимизации еепараметров» для дальнейшегопрактического использованияпроектно-конструкторскими, монтажнымиорганизациями и заводами-изготовителями.
По результатам диссертационных исследований выпущен ряднормативных документов, разработанатехническая документация, согласнокоторой налажено серийное изготовление предлагаемыхСКЗ. В настоящее время на АГЗС, МТАЗС РоссийскойФедерации эксплуатируеюсясвыше 185 технологическихсистем хранения и распределения СУГ, оснащенныхпредлагаемыми СКЗ.
Основные выводы
1.В результате анализа выявленвысокий уровень пожаро-, взрыво- иэкологической опасностисуществующих резервуаров итрубопроводов СУГ на АГЗС, МТАЗС, ГНС иобоснована необходимость разработкисистем комплексной защиты РТ от опасныхвоздействий.
2. Предложен системный методразработки СКЗ резервуаров итрубопроводов СУГ, позволяющий наоснове выявления целевыхфункций и задания имминимальных нормативных значений получитьмодель устройства СКЗ, уменьшающей вероятность разгерметизации с10-3 год-1 для существующиханалогов до 10-8 год-1.Метод отличается универсальностью ипозволяет получать модели сложныхтехнических систем в различных областяхприкладной науки и техники. Применениеметода позволяет свести к минимумууровень риска при реализации новыхразработок в условиях их венчурногофинансирования. Метод апробирован приразработке трех технических систем иреализован в рамках программы «Старт2008».
3. Разработаны ивнедрены новые технические решениякомплексной защиты на основе предложенноймодели путем заключения резервуаров итрубопроводов взащитные футляры, заполненные азотом савтоматическим контролем верхней и нижнейграниц давления.
4. На основеаналитических зависимостей дляопределения эксплуатационныхпараметров предлагаемой СКЗразработаны и внедрены техническиерешения и даны рекомендации по предотвращениюкоррозии наружных поверхностейподземных резервуаров итрубопроводов СУГ. Экспериментальная ипромышленная проверки подтверждаютдостоверность предложенных аналитическихзависимостей с погрешностью 13,4 %.
5. Предложенаэкономико-математическая модель,разработаны на ее основе и внедренырекомендации по оптимизации системкомплексной защиты РТ СУГ, заключенных вполимерный футляр, позволяющие получатьдостоверные результаты в условияхнеопределенности исходной экономическойинформации.
6. Разработан и внедреналгоритм обоснования типа СКЗрезервуаров и трубопроводов СУГ в условияхнеопределенности конвертирования ценовыхфакторов. При использовании предлагаемойсистемы комплексной защиты достигаетсяэкономия интегральных затрат вразмере 84 %.
7. Даны методическиерекомендации по выявлению экономическицелесообразной формы и определениюоптимальных геометрических параметровзащитных полимерных футляров длярезервуаров СУГ, позволяющие сократитькапитальные вложения в них на 77,9 %.
8. На основепредложенной математической моделиразработаны и внедрены рекомендациипо определению оптимальных диаметра итолщины тепловой изоляции футляра,диаметра заключенного в футлярпарожидкостного трубопровода и потерьдавления при течении СУГ.
9. На базе полученныханалитических зависимостей и инженерногоалгоритма разработана программа определениягидравлических сопротивлений при течениипарожидкостной смеси СУГ вгоризонтальном трубопроводе в условияхтеплообмена с окружающей средой,использованная в рекомендациях по определениюоптимальных параметров футлярапарожидкостного трубопровода СУГ.
10. Внедрениерезультатов исследований в практикупроектных, строительных, эксплуатационныхорганизаций и заводов-изготовителейпозволяет уменьшить уровеньиндивидуального риска до значений: Ринд < 10-8 год-1. Подтвержденный экономическийэффект от внедрения 185 технологическихсистем хранения и распределения СУГ,оснащенных предлагаемыми СКЗ, составляет356,0 млн руб.
Основные результаты работыопубликованы в следующих научныхтрудах:
Ведущие рецензируемые научные журналы,
рекомендованныеВАК Министерства образования и наукиРФ
1. ШурайцА.Л. Разработка системы комплекснойзащиты подземных резервуаров итрубопроводов сжиженногоуглеводородного газа путем заключения вфутляр, заполненный азотом //НТЖ «Проблемы сбора, подготовки итранспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР.– Уфа, 2008.– Вып. № 2(72). – С.75-85.
2. Усачев А.П., Шурайц А.Л.Определение расчетных параметровсистем комплексной защиты подземныхрезервуара и трубопроводов сжиженногоуглеводородного газа, заключенных вгерметичный футляр, заполненный инертнымгазом» // НТЖ «Проблемы сбора,подготовки и транспорта нефти инефтепродуктов» / ИПТЭР. – Уфа, 2008. – Вып. № 2 (72).– С. 68-74.
3. ШурайцА.Л. Технико-экономический выбороптимальной формы герметичного футляра сазотом, с заключенным в него подземнымрезервуаром сжиженного углеводородногогаза // Нефтегазовое дело. – 2008. – Т. 6. – № 2. – С. 47-56.
4. УсачевА.П., Шурайц А.Л., Гумеров А.Г.Математическая модель оптимизации системыкомплексной защиты подземных резервуарови трубопроводов сжиженногоуглеводородного газа путем заключения вфутляр, заполненный азотом // Нефтегазовоедело. – 2008.– Т. 6. – № 2. – С. 38-46.
5. УсачевА.П., Шурайц А.Л., Феоктистов А.А.Применение системного подхода кразработке систем обеспечениябезопасности хранилищ сжиженного газаМИНИ-ТЭС // Вестник СГТУ. – Саратов: СГТУ, 2007.– Вып. 1. – № 2 (24). –С. 140-150.
6. Усачев А.П., ШурайцА.Л., Фролов А.В. Разработка математическоймоделиоптимизации геометрическихпараметров полимерной оболочки системыобеспечения герметичности подземныхрезервуаров сжиженногоуглеводородного газа // Вестник СГТУ.–Саратов: СГТУ, 2007. – Вып.2. – № 1 (22).– С. 63-70.
7.Усачев А.П., Шурайц А.Л.Модель по определениюгазодинамических сопротивлений при течениипарожидкостных смесей в трубопроводахсжиженныхуглеводородных газов в условиях ихтеплообмена с окружающей средой// Вестник СГТУ.–Саратов: СГТУ, 2007. – Вып. 1. –№2 (24). – С. 128-139.
8. Усачев А.П., ШурайцА.Л., Феоктистов А.А. Алгоритм разработкисистемобеспечения промышленной безопасностиопасных производственных объектов (на примереустановок хранения СУГ)// Безопасность труда впромышленности. – 2005. – № 7. – С. 5-10.
9. Шурайц А.Л.Современное состояние и мероприятия поповышению промышленной безопасноститехнологических систем хранения сжиженныхуглеводородных газов // Безопасность трудав промышленности. – 2003. –№ 2. – С. 23-26.
10. Рубинштейн С.В., ШурайцА.Л. Расчет потерь напора в трубопроводахсжиженных газов // Газовая промышленность.– 1985. – №9. – С. 47.
11. Шурайц А.Л. Номограмма длягидравлического расчета трубопроводовжидкой фазыпропан-бутана// Газоваяпромышленность. –1989. – № 1.– С. 63.
12. Шурайц А.Л. Определениедиаметра трубопроводов систем снабжениясжиженным газом // Газовая промышленность.– 1988. – №2. – С. 47.
13. ШурайцА.Л., Щуркин Е.П.,Рубинштейн С.В. Система жидкофазногогазоснабжения// Газоваяпромышленность. –1988. – №11. – С. 38-40.
Научно-технические статьи,патенты, нормативные источники
14. Одишария Г.Э., Шурайц А.Л.,Рубинштейн С.В. Экспериментальныеисследования истинногопаросодержания в потоке сжиженныхуглеводородных газов //Магистральный транспорт природного газа:Сб. статей/ ВНИИГАЗ. –М.,1989. – С.31-45.
15. Шурайц А.Л., Рубинштейн С.В.,Морозова Н.Н.Особенностиэксплуатации систем снабжения сжиженнымигазами с подачей жидкой фазы //Газоваяпромышленность. Сер.«Передовойпроизводственный и научно-технический опыт, рекомендуемыйдля внедрения в газовойпромышленности»:Информ. сб.–М.: ВНИИЭгазпром,1989. – Вып.5. – С.78-81.
16. А.с. 1652826 РФ, МПК 5 G 01 F 23. Устройство дляизмерения уровня жидкости в резервуаре /С.В. Рубинштейн,А.Л. Шурайц,М.Н. Народицкий (РФ).– 4620950;Заявлено 19.12.1988; Опубл.30.05.1991, Бюл. 20.
17.Шурайц А.Л. Технологияснабжения пропан-бутаном с использованием жидкойфазы //Повышение технического уровня и качества продукции наоснове достижений научно-техническогопрогресса газовой промышленности. Тез.докл. отрасл. семинара.– М.: ВНИИЭгазпром,1989. – С. 57-58.
18.Свидетельство на полезнуюмодель № 18564.Установка для хранения и распределениясжиженного углеводородного газа / А.П. Усачев,А.Л. Шурайц, А.В. Фролов и др.(РФ). – М., 2001. –8 с.
19.Усачев А.П., Шурайц А.Л.,Фролов А.В., Усачев М.А. Повышение пожаро-, взрыво- иэкологической безопасности установокхранения сжиженного углеводородного газа// Полимергаз. – 2001. – №1. – С. 36.
20.Усачев А.П., Шурайц А.Л.,Фролов А.В. Проблемы реализации нормативных требованийпри разработке технологическогооборудования газовых и многотопливных АЗС //Проблемы нормотворчества вгазораспределительной подотрасли – современноесостояние и перспективы. Матер. 1-ой Всеросс. научн.-техн. конф. – Саратов: ОАО«Гипрониигаз», 2001. – С. 59-68.
21.Усачев А.П., ШурайцА.Л., Фролов А.В. Определение оптимальнойформыподземных резервуаров сжиженныхуглеводородных газов, располагаемых вполимерных футлярах //Вопросы совершенствованиясистем теплогазоснабжения и вентиляции:Межвуз. научн. сб. –Саратов:СГТУ, 2002. –С. 21-27.
22. Усачев А.П., ФроловА.В., Шурайц А.Л. Выбор оптимальныхгеометрических и конструктивныхпараметров наружногофутляра подземныхрезервуаров СУГ с повышенным уровнемпожаро-, взрыво- и экологическойбезопасности // Вопросы совершенствования системтеплогазоснабжения и вентиляции: Межвуз.научн. сб.– Саратов: СГТУ, 2002.– С. 35-42.
23. Усачев А.П., Шурайц А.Л.,Фролов А.В. Анализ коррозионныхвоздействий и эффективностиработы систем коррозионной защитыподземных установок хранения сжиженного углеводородного газа// Газ России.– 2002. – №4. – С. 15-17.
24. Усачев А.П., Шурайц А.Л., Фролов А.В.Выбор типа и марки инертной среды длязаполнения межстенного пространствадвустенного резервуара СУГ// Перспективыиспользования сжиженных углеводородныхгазов.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 А.В. Применениесистемногоподхода при разработке системкоррозионной защиты установок хранения ираспределения сжиженного углеводородногогаза на многотопливных и газовыхавтозаправочных станциях // Газ России. – 2003. – № 1. – С.18-20.
26.Усачев А.П., Шурайц А.Л.,Фролов А.В. Современное состояние и направленияразвития систем коррозионной защитытехнологических систем хранения СУГ на газовыхи многотопливных АЗС // Перспективыиспользования сжиженных углеводородных газов. Матер. Российск. научн.-техн. конф. – Саратов: СГТУ, ОАО«Росгазификация», ОАО «Гипрониигаз»,2003. – С.12-19.
27. Усачев А.П., ШурайцА.Л., Фролов А.В. Оценка уровня пожаро-, взрывоопасностиподземных резервуаров СУГ, заключенных вфутляры, заполненные инертным газом // Перспективыиспользования сжиженных углеводородныхгазов. 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 углеводородныегазы / А.Л. Шурайц, Б.А. Красных, А.А. Сорокин, А.С. Нечаев, А.А. Феоктистов. –М.: ГУП НТЦБП ГосгортехнадзораРоссии,2003. – 104с.
29.Усачев А.П., Шурайц А.Л.,Фролов А.В., Лурье Т.А. Выявление иисследование режимов бескоррозионнойэксплуатации подземного резервуарасжиженногоуглеводородного газа, заключенного вполимерную оболочку, заполненную инертнымгазом // Научно-технические проблемысовершенствования и развития системгазоэнергоснабжения: Сб. научн. тр. / СГТУ. –Саратов, 2004. – С. 98-110.
30. Пособие по проектированию,строительству и эксплуатацииАГЗС / А.Л. Шурайц, Ю.Н. Вольнов, М.С.Недлин. – Саратов: Сателлит, 2004. –200 с.
31. Высоцкий Л.И., УсачевА.П., Шурайц А.Л. Разработка математическоймодели гидродинамического расчетажидкофазных трубопроводов сжиженныхуглеводородных газов // Научно-техническиепроблемы совершенствования и развитиясистем газоэнергоснабжения: Сб. научн. тр./ СГТУ. – Саратов, 2005. – С. 74-90.
32. Шурайц А.Л.Экспериментальные исследованиягидродинамических сопротивлений враспределительных трубопроводахнасыщенной жидкой фазы СУГ в условияхих теплообмена с окружающей средой //Научно-технические проблемысовершенствования и развития системгазоэнергоснабжения. Сб. научн. тр. / СГТУ.– Саратов, 2005.– С. 91-109.
33. ШурайцА.Л. Разработка алгоритма и номограммырасчета гидродинамических параметров системраспределения жидкой фазы СУГ // Научно-технические проблемысовершенствования и развития системгазоэнергоснабжения:Сб. научн. тр. / СГТУ.– Саратов, 2005. – С.131-148.
34. Шурайц А.Л.Определение оптимальных геометрическихразмеров оболочки системы обеспечениягерметичности подземных резервуаровсжиженных углеводородных газов //Научно-технические проблемысовершенствования и развития системгазоэнергоснабжения.Межвуз. научн. сб. – Саратов: Сарат. гос.техн. ун-т, 2006. – С.87-97.
35. Усачев А.П., ШурайцА.Л., Фролов А.В. Выбор оптимальныхконструктивных параметров полимернойоболочки системы обеспечениягерметичности подземных резервуаровСУГ //Научно-технические проблемысовершенствования и развития системгазоэнергоснабжения: Межвуз. научн. сб.– Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2006.– С. 98-107.
36.Шурайц А.Л. Разработкаматематической модели оптимизации иобоснованияварианта систем обеспечениягерметичности подземных резервуарныхустановокСУГ // Научно-технические проблемысовершенствования и развития системгазоэнергоснабжения: Межвуз. научн.сб. – Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2006.– С. 71-97.
37. Шурайц А.Л., Усачев А.П. Системы обеспечениябезопасности установок хранения и распределенияСУГ // Матер. 1-ого Российскогоконгресса по газораспределению и газопотреблению.– С.-П.:Росгазэкспо, 2007. – С. 94-102.
38.Свидетельство № 13356 от 27.02.2008. Методразработки новых технических устройств,способов, веществ с заданным уровнемтребований на основе системногоподхода / А.П. Усачев, А.Л. Шурайц, А.А. Феоктистов, А.Ю. Фролов, А.В. Рулев. – М.:Российскоеавторскоеобщество, 2008.– 10 с.
39.Усачев А.П., Шурайц А.Л.Системы комплексной защитыподземных установок хранения и транспортасжиженного углеводородногогаза путем заключения в футляр, заполненныйазотом //Проблемы и методы обеспечениянадежности ибезопасности систем транспорта нефти,нефтепродуктов и газа. Матер. научн.-практ. конф. в рамках XVI международнойспециализированной выставки «Газ. Нефть. Технологии-2008» –Уфа, 2008. – С. 297-299.
40.Методика гидравлическогорасчета системы снабжения потребителейсжиженным газом с подачей жидкойфазы / А.Л. Шурайц, С.В.Рубинштейн, М.С. Недлин.–Саратов: Гипрониигаз, 1986.– 43 с.
41. УсачевА.П., Шурайц А.Л. Оптимизация системкомплексной защиты жидкофазныхтрубопроводов СУГ, заключенных вгерметичные теплоизолированные футляры //Научно-технические проблемысовершенствования и развития системгазоэнергоснабжения: Межвуз. научн. сб. /СГТУ. –Саратов, 2008. –С. 71-97.
42. СТО 17446935-1-2008.Технические решения по обеспечениюгерметичности установок хранения ираспределения сжиженных углеводородныхгазов путем заключения их в футляр с азотом/ А.Л. Шурайц,А.А. Феоктистов, А.П. Усачев, А.Ю. Фролов, А.В.Рулев. –Саратов, 2008. – 11с.
УСЛОВНЫЕОБОЗНАЧЕНИЯ
Ринд – уровеньиндивидуального риска, год-1; QBi, Qfi–вероятности возникновения в течение годаi-ой аварии с горением смеси паров СУГ своздухом на установке хранения иобразованием опасных факторов избыточногодавления и теплового излучения, год-1; QВiП, Qfi П– условныевероятности поражения человека врезультате воздействий избыточногодавления и теплового излучения приреализации i-ого типа аварии; – плотность,кг/м3; R – удельная газоваяпостоянная, кДж/(кгК); сопротивление теплопередаче,(м2К)/ Вт; Z –коэффициент сжимаемости; координата; – коэффициенттеплопроводности, Вт/(мК); коэффициентгидравлического сопротивления; – толщина, м; 
– истинноеобъемное паросодержание, д.е.;относительная
влажность, %; долягодовых эксплуатационных затрат, %; Х– массовоепаросодержание, д.е.; 
– скоростьфазового перехода жидкой фазы в паровую вединице объема, кг/(м3.с); М, m – масса, кг; 
–среднее во времени и по сечению потокакасательное напряжение, кг/(мс2); I – энтальпия,кДж/кг; А, В, С – числовые коэффициенты,экспериментально полученные для различныхдиапазонов температур; кор– уровень коррозионнойагрессивности; – коэффициент полезного действия,%; – переменнаяв виде безразмерного числовогокомплекса; е – расстояние между осями стенкифутляра и ребра; основание натуральногологарифма; – толщина, м; – приведенныйкоэффициент гидравлическогосопротивления; х – массовое паросодержание, д.е.;i – уклон, д.е.;энтальпия, кДж/кг; – коэффициентбокового давления грунта всостоянии покоя;Ак –площадь поперечного сеченияребра жесткости, м2; []–допускаемое напряжение при расчете попредельным нагрузкам, МПа; nу – коэффициентзапаса устойчивости; Е – модульпродольной упругости прирасчетной температуре, МПа; b – расстояние междусоседними ребрами в свету; Iк – момент инерциипоперечного сечения ребра жесткости,мм4; Fк, Fн, Fпр, Fош – соответственновоздействия, обусловленные коррозией,нагревом, протечками в арматуре иразъемных соединениях, ошибками инесоблюдением норм при проектировании,изготовлении и эксплуатации РТ и систем ихзащиты; Fм– механическиевоздействия на запорную ипредохранительную арматуру,антикоррозионные покрытия; Qt.п – тепловая энергия,переданная парожидкостной смеси СУГ черезстенки футляра, тепловой изоляциитрубопровода из окружающей среды, Вт;Qt.и – тепловая энергия,затраченная на испарение части жидкойфазы СУГ, Вт; ql –удельный линейный тепловойпоток к парожидкостномутрубопроводу, отнесенный к единице весовогорасхода, Дж/(кгм); z– координата.
БУКВЕННЫЕИНДЕКСЫ
н – нижний(яя), начальный(ая); в–верхний(яя),вода; э.с –электропроводящая соль;к – кислород, котлован; радиальное реброжесткости; 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, парожидкостнаясмесь; п–полимерный, поверхность, полезный;доп – допустимое;ф – футляр, фундамент; отс – отсыпка; ут – утечка; о – окружающаясреда; кор – коррозия; отч – отчуждаемая; м–металлический; п.ф. – полимерный футляр; огр –ограждение; у – укрепленная ребрами жесткости; ну – неукрепленнаяребрами жесткости; п – паровая фаза; ж – жидкая фаза.
min,opt, max – минимальная,оптимальная и максимальная величины; z-ая подсистема; i-ыйвариант; n-ный вариант; j-ое звено;р-ый элемент; к-ый элемент.
СУГ – сжиженныйуглеводородный газ; АГЗС – автомобильнаягазовая заправочная станция; МТАЗС – многотопливнаяавтомобильная заправочная станция; ГНС–газонаполнительная станция; МИНИ-ТЭС– теплоэлектростанция малой мощности (до 25 МВт ч); РТ – резервуар и трубопровод; ЗА– защитныйагент; Э –электроэнергия; ИГ – инертный газ; МП – межстенноепространство; ПЖТ – парожидкостный трубопровод.
