Moderní technologie při výstavbě zásobníků na zkapalněný zemní plyn

• Foto

LNG se skládá převážně z methanu (86 až 99 %), který při ochlazení na -162 °C (při atmosférickém tlaku) zkapalní a zároveň sníží svůj objem 625x. Zkapalněný zemní plyn je bezbarvý, bez zápachu a netoxický. Zkapalnění zemního plynu se provádí v „terminálech“, z kterých je LNG lodní dopravou přepravován do importních zemí. V terminálech je LNG nejčastěji skladován v nadzemních zásobnících s dvojitou stěnou, viz obr. 1.

Obr. 1 – Schéma typické konstrukce LNG zásobníku

Primární (vnitřní) obálka musí být navržena na hydrostatický tlak zkapalněného plynu v nádrži. Vzhledem k extrémním teplotním podmínkám je tvořena ocelovou stěnou s vysokým podílem niklu a hliníku nebo nerezovou ocelí, v některých případech se používá stěna z předpjatého betonu. Konstrukce sekundární (vnější) obálky je nejčastěji z předpjatého betonu. Dimenzována je na mimořádná vnější zatížení, zároveň musí zachytit kapalinu a výpary zevnitř zásobníku v případě porušení primární obálky. Použití předpjatého betonu pro sekundární obálku umožňuje návrh výrazně tenčí stěny ve srovnání se železobetonem, omezení nebo vyloučení trhlin nabízí těsnost konstrukce a zvyšuje její trvanlivost.

Obr. 2 – Schéma vedení předpínacích kabelů

Obr. 3 – Pasivní AF kotvy

Obr. 4 – Chlazení pasivní kotvy kapalným dusíkem

Obr. 5 – Synchronizované zvedání střešní konstrukce

Řešení VSL
Kromě optimalizace předpínacích systémů pro potřeby výstavby LNG zásobníků vyvinula firma VSL SYSTÉMY (CZ) s.r.o. na základě dlouholetých zkušeností s těmito konstrukcemi posuvné bednění. Cílem bylo umožnit betonáž zásobníku včetně zešikmení v úrovni desky, svislých žeber a ztužujícího věnce bez nutnosti významných modifikací bednění, poskytovat neomezený přístup ke všem pracovním místům, minimalizovat vlastní hmotnost s ohledem na kapacitu jeřábu a zlepšit bezpečnostní prvky systému bednění.
Pro předpětí LNG zásobníků jsou používány předpínací systémy s Evropským technickým osvědčením ETA. Předpínací systémy mohou být na základě požadavků investora a projektanta stavby dodávány v řadě modifikací. S ohledem na protikorozní ochranu mohou být předpínací kabely plně zapouzdřené nebo elektricky izolované. Použití plastových kanálků (typ PT-PLUS®) redukuje ztráty předpínací síly v kabelu vlivem tření, prodloužení kabelů při napínání lze automaticky snímat pomocí zařízení VSL ADAPT. Typické schéma předpětí (obr. 2) LNG zásobníku je tvořeno vertikálními i horizontálními kabely. Kotvení vertikálních kabelů v desce může být řešeno pomocí pasivní „L kotvy“ nebo pomocí pasivní „AF kotvy“ (obr. 3), která umožňuje prostrkání a zakotvení předpínacích lan po betonáži bez nutného přístupu ke kotvě. Horizontální kabely jsou kotveny aktivními kotvami v žebrech vně zásobníku.

Realizace
S ohledem na ověření kvality a vhodnosti použití pro LNG aplikace provedla firma VSL v posledních letech ve Švýcarsku a Jižní Koreji celkem pět kryogenních testů nové aktivní GC kotvy v souladu s direktivou ETA a FIP doporučením. První test byl proveden v laboratoři EMPA ve Švýcarsku na kotvě GC 6-27, která reprezentuje největší předpínací jednotku používanou v návrhu LNG zásobníků velikosti 150 000 až 200 000 m³. Další testy následovaly v laboratoři Daewoo v Soulu. Při testech byly kotvy vystaveny, během zatěžování v deseti cyklech v kryogenické komoře, teplotě -196 °C, která se vytvořila vstřikováním kapalného dusíku (obr. 4). Na základě provedených testů jsou kotvy GC v souladu s požadavky ETA a FIP v kryogenních podmínkách. U relativně vysokých konstrukcí LNG zásobníků je střešní konstrukce často zhotovena na základové desce a následně zdvižena do finální pozice (obr. 5). Díky této metodě dochází k eliminaci nákladné podpůrné skruže, snížení rizika při provádění prací ve výškách a vzhledem k snadné přístupnosti lepší kontrola a kvalita prováděných prací.

Obr. 6 – Sines LNG, Portugalsko

Obr. 7 – Fujian LNG, Čína

Například při výstavbě LNG zásobníku Pyeong Taek v Jižní Koreji byla kopule hmotnosti 800 tun zdvižena pomocí tuctu sedmilanových zdvihacích jednotek VSL SLU 70 a následně připnuta 90předpínacími kabely ke stěnám zásobníku. Uvedené systémy byly použity v různém rozsahu na řadě projektů LNG zásobníků po celém světě, za všechny uveďme například zásobníky LNG Sines v Portugalsku (obr. 6), Fujian (obr. 7) a Šanghaj v Číně, Quintero v Chile a Dragon ve Velké Británii.

Modern technologies during the construction of storage tanks for liquefied natural gas
The use of liquefied natural gas (LNG) is largely mentioned with respect to several important aspects. These mainly concern the extensive world deposits of natural gas, the general expectation of increasing consumption, the development of new technologies based on LNG, and its use in quite new areas and more important applications, for example, in the automotive industry. Another important factor is recent experience from the European “gas crisis” and the resulting demand for ensuring the energy safety of a number of EU member states in the area of the import of natural gas, the diversification of deliveries of this raw material and the intended construction of LNG terminals in selected EU countries. In countries with a significantly increasing consumption of natural gas, such as China and Korea, the programme for the development of LNG began in 2004, and in China alone the construction of 100 LNG storage tanks is expected. The author of the article describes technologies of the firm VSL SYSTÉMY (CZ), s.r.o., used within the construction of reservoirs.

Применение современных технологий при строительстве хранилищ сжиженного природного газа
Использование сжиженного природного газа (LNG) в больших объёмах всё еще упоминается с учётом некоторых важных аспектов. Речь идёт, прежде всего, о значительных мировых запасах природного газа, всеобщего ожидания повышения его потребления, развитии новых технологий, основанных на LNG, его использовании в совершенно новых областях и всё большем его применении, например, в автомобилестроении. Важным фактором является также недавний опыт европейского «газового кризиса» и из этого вытекающая необходимость обеспечения энергетической безопасности ряда европейских стран - членов Европейского Союза в области импорта природного газа и диверсификации поставок этого сырья. Планируется строительство хранилищ природного газа в некоторых странах Европейского Союза. В странах с выразительно возрастающим использованием природного газа, какими являются, например, Китай и Корея, была начата программа развития LNG ещё в 2004 году. Только в Китае предполагается построить 100 хранилищ природного газа. Автор статьи описывает технологии фирмы VSL SYSTÉMY (CZ), s.r.o, которые используются в рамках строительства таких хранилищ.

Autor

• Ing. Vaněk Pavel