Наукові основи ефективного транспортування стиснутого природного газу морськими акваторіями

Abstract

Дисертація присвячена вирішенню важливої народногосподарської проблеми - швидкому альтернативному постачанню природного газу до України. Мета дослідження - розробка наукових основ ефективного транспортування стиснутого природного газу морськими акваторіями за допомогою спеціальних суден-газовозів, суден-контейнеровозів та барж. У дисертаційній роботі вперше розроблено концепцію транспортування стиснутого природного газу за допомогою спеціалізованих контейнеровозів, рухомих трубопроводів на баржах, на суднах на повітряній подушці і за допомогою підводного носія рухомого трубопроводу. Вперше розроблено комплексні основи проектування і розрахунків елементів CNG-мoдyлiв. Доведено, що для CNG-газовозів доцільно використовувати балони, виготовлені з полімерних матеріалів, що збільшує частку маси газу в загальній масі балона у порівнянні з металевими балонами.

Диссертация посвящена решению важной народнохозяйственной проблемы - быстрого альтернативного снабжения Украины природным газом. Цель исследования - разработка научных основ эффективной транспортировки сжатого природного газа морскими акваториями с помощью специальных судов-газовозов, судов-контейнеровозов и барж. Методы исследования приняты аналитические и численные. Ожидаемый годовой экономический эффект составляет 500...700 млн. дол. США. Установлено, что на сегодня отсутствуют результаты теоретических исследований о транспортировке сжатого природного газа с помощью подвижных трубопроводов на судах-носителях, публикации по определению технико-экономических показателей подвижных трубопроводов, расчетные эксперименты, позволяющие выявлять особенности процесса нагружения подвижного трубопровода внутренним давлением от транспортируемого сжатого газа. Отсутствуют на сегодня как теоретические, так и экспериментальные работы, которые бы позволили исследовать НДС подвижных трубопроводов и их элементов. Исследованы такие задачи: проведение анализа методов транспортировки природного газа морскими акваториями; разработка теоретико-методологических принципов формирования технологий транспортировки сжатого природного газа через морские акватории и концептуальных решений такой транспортировки судами-контейнеровозами, баржами и носителями на воздушной подушке; разработка основ расчетов и проектирования элементов подвижных трубопроводов для транспортировки сжатого газа; разработка основ расчетов и проектирования CNG-модулей с баллонами высокого давления и исследование их массогабаритных характеристик; разработка принципов размещения модулей на судах и их объединения в подвижный трубопровод; разработка основ расчетов и проектирования судов-носителей подвижных трубопроводов, их устройств и систем; проведение экономической оценки системы морской транспортировки сжатого природного газа с использованием контейнеровозов и барж. В диссертационной работе впервые разработана концепция транспортировки сжатого природного газа с помощью специализированных контейнеровозов, подвижных трубопроводов на барже, на СВП и с помощью подводного носителя подвижного трубопровода. Впервые разработаны комплексные основы проектирования и расчетов элементов CNG-мoдyлeй, в том числе коническо-цилиндрических и коническо-сферических. Доказано, что для CNG-газовозов целесообразно использовать баллоны, изготовленные из композиционных полимерных материалов, что увеличивает долю массы природного газа в общей массе баллона с газом по сравнению с металлическими баллонами. Практическое значение исследований определяется тем, что математические модели, методы расчетов и проектирования подвижных трубопроводов, полученные в работе результаты, могут быть использованы не только для контейнеровозов, барж, но и для других типов носителей подвижных трубопроводов. Использование полученных в работе результатов исследований, а именно, методов расчетов прочности элементов подвижных трубопроводов, методов для анализа процесса транспортировки CNG с помощью подвижного трубопровода, НДС элементов подвижного трубопровода с помощью МКЭ дают возможность инженерам, конструкторам, проектировщикам и студентам проводить анализы прочности подвижных трубопроводов, а также выявлять и использовать их резервы прочности, конструировать и строить подвижные трубопроводы на основе достоверных и современных методов. Приведены практические рекомендации по проектированию и эксплуатации подвижных трубопроводов и их носителей и элементов. Достоверность результатов исследований подтверждена корректным применением соответствующих методов научных исследований, к которым относятся: теория тонких оболочек, теория мягких оболочек и метод конечных элементов, соответствием результатов расчетов проведенных с помощью аналитических методик результатам, полученными с помощью МКЭ.

Dissertation is dedicated to important National Economy problem - rapid alternative natural gas supply of Ukraine. The purpose of research - development of scientific bases for effective transportation of compressed natural gas through marine areas with the help of special gas carriers, container ships and barges. In dissertational work first time developed the concept of transporting CNG by container ships, movable pipelines on a barges, on hovercrafts and using underwater carrier of movable pipeline. The first time developed the foundations of design and analysis of elements of CNG-modules. It is proved that for CNG-gas carriers advisable to use cylinders made from polymer materials, which increases the proportion of the mass of gas to the total weight of cylinder as compared to metal cylinders.