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論文中文名稱:天然氣地下管型儲氣槽安全規劃與設計之研究 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Safety Planning and Design for Underground Pipe-Type Natural Gas Holders [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:工程學院
系所名稱:土木與防災研究所
畢業學年度:101
出版年度:102
中文姓名:王政麒
英文姓名:Cheng-Chi Wang
研究生學號:100428528
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2013-06-03
論文頁數:233
指導教授中文名:施邦築
口試委員中文名:林祐正;柯孝勳
中文關鍵詞:天然氣地下管型儲氣槽安全規劃與設計耐震設計及檢核防災設備
英文關鍵詞:Underground pipe-type natural gas holdersSafety planning and designSeismic design and validationDisaster prevention equipment
論文中文摘要:城鎮瓦斯公司負責以配管方式將天然氣供應轄區內之工商業及家庭用戶使用,除受政府的管轄及監督外,並負有維持天然氣穩定供應及確保天然氣品質與安全的義務責任。因應城鎮瓦斯供應之特點,能於每日尖峰用氣時段穩定供氣,須設置儲氣管槽,儲存離峰時段過剩氣量,並於尖峰時段將管槽內所儲存之天然氣補充區域供氣,同時做為上游供應商事故中斷供應之備援,並儲存足可供應下游用戶所需之供應量。
藉由天然氣地下管型儲氣槽之安全規劃設計,探討有關地下儲槽之安全設計因素及防止災害發生之多種考量方式,如:管槽結構、地震應力分析、埋管耐震設計、防災設施、核算及驗證符合規範安全要求等。隨著天然氣系統逐漸朝向大用量、長距離與多段壓力綜合性系統的發展,其結構日趨複雜,一旦發生意外災害將造成重大的損失,故天然氣地下管型儲氣槽之建造應特別考量其安全規劃與設計之要求。
天然氣之災害,以洩露之事故居多,為有效控制地下管型儲氣槽引起災害的誘因產生,應依照規範進行安全規劃設計,本研究發現,除人力不可控制之天然災害外,其他因外力破壞、管理疏失、操作不當、或因材質、施工不良等因素,即在人力未予控制所引起之人為災害外,係可經由安全設計、有效安全距離、避免延燒造二次災害、防災區塊化、隔離閥、主動式防災、管線耐震設計檢核、土地有效利用、施工品質控制、操作安全、定期維護保養、教育訓練及應變演習訓練等,以達到預防之功效。
論文英文摘要:The town gas company responsible for the gas supply piping system within the jurisdiction of the industrial, commercial and domestic users, in addition to the jurisdiction and supervision by the government, but also for the maintenance of a stable supply of natural gas and natural gas to ensure quality and safety obligations responsibilities. In response to the characteristics of urban gas supply, the gas can on a daily peak periods stable gas supply shall be provided with gas pipe-type gas holders, storage excess gas off-peak hours, and during peak hours will supplement the pipe-type natural gas holders storage area for gas, while as upstream suppliers accident interrupts the supply of redundancy, and save enough to supply the required supply of downstream users.
By safety planning and design for underground pipe-type natural gas holders, investigating the safety of underground gas holders design factors and prevent disasters from occurring variety of reasons, such as: pipe-type gas holders structure, seismic stress analysis, pipe-type gas holders seismic design, disaster prevention facilities, check and verification of compliance safety requirements. With the natural gas system gradually toward large amount of long-distance and multi-stage pressure integrated system development, the growing complexity of its structure, in the event of an accident will result in significant loss disaster, so underground pipe-type natural gas holders should be particularly considered in the construction of its security planning and design requirements.
The natural gas disasters, in order to gas leak the accident mostly, for the effective control of underground pipe-type natural gas holders caused disasters generate incentives should follow the norms for security planning and design, this study found that, in addition to human uncontrollable natural disasters, the other due to external damage , management negligence, improper operation, or because of material, poor construction and other factors, which were not in the labor of man-made disaster caused by the control, the system design via safe and effective safe distance, to avoid spread and secondary disasters, disaster prevention and blocked , isolation valves, active disaster prevention, pipeline seismic design checklist, effective use of land, construction quality control, safe operation, regular maintenance, training and contingency drills, in order to achieve the prevention of the effect.
論文目次:目 錄
中文摘要………………..………………………………………………………...……i
英文摘要………..…………………………………………………………………...…ii
誌謝…………..……………………………………………………………………...…iv
目錄………………..……………………………………………………………..….…v
表目錄………..…………………………………………………………………..….…viii
圖目錄………......………………………………………………………………..…….ix
第一章 緒論………..……………………………………………………….…..……1
1.1 研究動機………..……….…….......……………….………….……..…3
1.2 研究目的……………...…………………………....……….……….…10
1.3 安全規劃與設計之定義.………………..………..….……….……..…11
1.4 研究方法與流程……………..…………..………..….……….…….…14
第二章 文獻回顧……..……….…….………………………………..……….….…17
2.1 台灣天然氣輸配系統概述...……..………………………..……..……17
2.2 世界各國天然氣儲氣方式探討………...…………………………..…18
2.3 國內天然氣儲氣槽分佈概況…………….…………....….….………..19
2.4 天然氣儲氣槽之型式.………….……………………………………...24
2.5 ○○瓦斯公司天然氣儲氣槽管理現況…....………….….……...…….33
第三章 天然氣地下管型儲氣槽安全規劃設計概述...……...….…………….……39
3.1 地下管型儲氣調節管槽工程標準與規範………………..………...…39
3.2 地下管型儲氣調節管槽外管壁與界址安全距離.….…………..….…40
3.3 地下管型儲氣調節管槽之規格、佈置及構造..……………..…….…44
3.4 地下管型儲氣調節管槽之容量計算……………………………….…51
3.5 地下管型儲氣調節管槽之構造強度計算…..…………..…….………54
3.6 集液管槽及端板之構造強度計算………..………..…………….……62
3.7 連絡管線之構造強度計算………………………..…………….….…66
3.8 地下管型儲氣調節管腐蝕控制……………………………..….….…73
3.9 地下管型儲氣調節管沉陷監測……………………………..….….…76
3.10 超壓保護裝置………………………………………………..….…...77
3.11 安全排放裝置………………………………………………..………78
3.12 警報裝置…………………………………...……….………..….…...79
3.13 消防安全設備……………………………...……….………..………80
3.14 三維建模配管軟體 CADWorx PLANT 介紹...……….…….……..81
3.15 地下管型儲氣調節管槽建槽程序及時程.….……………...…….…82
第四章 天然氣地下管型儲氣槽埋管耐震設計評估…….……………………..…83
4.1 52”地下儲氣調節管槽地震應力分析報告……………………………83
4.2 52”地下儲氣調節管槽容許相異沉陷量核算………………….…...…87
4.3 52”地下儲氣調節管槽週期性反復應力核算………………….…...…91
4.4 日本管線耐震設計規範………………………..……………….…..…93
4.4.1 連續構造管線計算例….…………..…………………...……93
4.5 中國管線抗震設計規範……………………..………………….…..…102
4.5.1 埋管與斷層交角計算例….…..……………………….…..…102
4.5.2 埋管深度2.06公尺與斷層交角30°..……………………...…104
4.5.3 埋管深度2.06公尺與斷層交角40°..…………………….…..107
4.5.4 埋管深度2.06公尺與斷層交角70°..……………………...…110
4.5.5 埋管深度2.06公尺與斷層交角85°..…………………….…..113
4.5.6 埋管深度1公尺與斷層交角30°…...…………………….…..116
4.5.7 埋管深度1公尺與斷層交角75°.…………..…………….…..119
4.5.8 中國規範小結………………………….…..……………...…122
4.6 美國ALA管線耐震設計規範…………………..………………...........123
4.6.1 埋管考慮效應計算例.……………......……………………...123
第五章 台灣與美、日、英壓力容器標準之比較…..……………………………..129
5.1 國內外壓力容器標準之比較………………..…………………….…129
5.2 構造法規一般性通則………..…………………………………….…130
5.3 壓力容器之設計概要……………………..……………………….…133
5.4 比較結果小結……………………………..……………………….…137
第六章 結論與建議……..……………………………………………….…….…..141
6.1 結論….………………………………………….………..……..….…141
6.2 建議……………………………………..…………………....…….…143
參考文獻………………………………………………….………………………….145
附錄
A 名詞定義…………………………………………………………….………151
B 52”地下儲氣調節管槽地震應力分析及數據資料….………………….…155
C 台灣中油公司油料及瓦斯管線耐震能力評估與補強準則………….…….179
D 天然氣事業單位防災設施裝置現況……………………………………..…189
表 目 錄
表1.1 國內外燃氣重大災例比較.………………………....…………….…………8
表2.1 國內天然氣事業主儲氣設備設置統計表………..…………….……..….…21
表2.2 地下儲槽沉陷測試記錄表…………………………………………..………36
表2.3 地下儲槽陰極防蝕電位狀況……………………………………………..…36
表2.4 安全排放閥性能測試結果報告表………………………………………..…37
表2.5 地下儲槽腐蝕片測試記錄表…………………………..……………………37
表2.6 儲氣槽安全檢查表(地下管型) ……..……………………………….………37
表3.1 儲槽壁與界址最小距離……..………………………………………………40
表3.2 槽體與槽體間最小間距……..………………………………………………41
表3.3 天然氣地下管型儲氣槽與周界之安全距離相關法規彙整……..…………42
表3.4 儲氣槽選用鋼管材料及規格…………………………………………..……46
表3.5 儲氣槽鋼管排列總長度表……………………………………………..……47
表3.6 儲氣調節管槽容量整理表………………………………………..…………54
表3.7 中油公司天然氣品質試驗報告表………………………………………..…74
表4.1 地震應力分析摘要表………………………………………………..………85
表4.2 儲氣槽容許相異沉陷量對照表………………………………………..……90
表4.3 表層地盤的剪力波速及與剪應變的關係…………………………..………95
表4.4 剪力波速計算結果………………………………………………………..…95
表4.5 常用鋼材之材料性質與拉伸應變……………………………………..……102
表4.6 中國大陸鋼材與美國鋼材對照表……………………………………..……103
表4.7 尖峰地表速度與尖峰地表加速度之比………………………..……………125
表4.8 管材之表面特性係數…………………………………………………..……126
表5.1 各國法規針對胴體、端板計算厚度之比較表……………………..………139
表5.2 各國壓力容器法規規定之最小厚度……………………………………..…139
圖 目 錄
圖1.1 基地地理位置圖………………………………………………………..……2
圖1.2 事故地點地理位置…………………………………………………….…….3
圖1.3 事故引起社區大火的燃燒範圍………………………………………..……3
圖1.4 太平洋瓦斯與電力公司天然氣傳輸系統(PG&E) …………………………4
圖1.5 加州天然氣管線大火災例照片………………………………………..……5
圖1.6 事故發生處之天然氣管線…………………………………………..………6
圖1.7 事故發生處之爆炸坑……………………………………………………..…6
圖1.8 鎮興橋瓦斯爆炸災例照片………………………………………………..…7
圖1.9 研究流程圖………………………………………………………………..…16
圖2.1 地下儲氣窖結構示意圖………………………………………………..……18
圖2.2 LNG地下式儲存槽……………………………………………………..……24
圖2.3 LNG地上式儲存槽………………………………………………………..…24
圖2.4 LNG半地下式儲存槽…………………………………………………..……24
圖2.5 台中液化天然氣廠儲槽區………………………………………………..…25
圖2.6 永安液化天然氣廠儲槽區…………………………………………..………25
圖2.7 台北市內湖天然氣儲槽區………………………………………………..…26
圖2.8 台北市士林天然氣儲槽…………………………………………………..…26
圖2.9 新竹十八尖山天然氣儲槽………………………………………………..…27
圖2.10 八堵天然氣儲槽區地上景觀………………………………………..………27
圖2.11 萬芳天然氣儲槽區地上景觀…………………………………………..……28
圖2.12 安坑天然氣儲槽區地上景觀……………………………………..…………28
圖2.13 台中工業區天然氣儲槽區地上景觀……………………………..…………28
圖2.14 台中工業區天然氣儲槽施工階段圖片……………………………..………29
圖2.15 大雅天然氣儲槽區地上景觀……………………………..…………………30
圖2.16 台南新營天然氣儲槽區地上景觀…………………………………..………30
圖2.17 高雄鳳山天然氣儲槽區地上景觀……………………………………..……31
圖2.18 屏東天然氣儲槽區地上景觀…………………………………………..……31
圖2.19 欣南天然氣儲槽區地上景觀……………………………………………..…32
圖2.20 欣南天然氣儲氣槽歧管溝及管場綠化竣工圖片………………….….……32
圖2.21 天然氣儲槽施工階段圖片………………………………………..…………34
圖3.1 調節管及歧管溝配管平面佈置圖………………………………………..…48
圖3.2 歧管溝、集液槽與調節管槽配置圖…………………………………..……49
圖3.3 調節管槽埋設斷面圖………………………………………………..………49
圖3.4 調節管槽埋設側面圖…………………………………………………..……50
圖3.5 調節管槽系統流程圖……………………………………………………..…50
圖3.6 地下管型儲氣調節管槽之構造強度計算整理圖…………………..………55
圖3.7 地下調節管配管組立對照圖………………………………………..………60
圖3.8 V-01, V-19儲氣調節管與進出氣歧管組立示意圖…………………………61
圖3.9 V-03~V-17儲氣調節管與進出氣歧管組立示意圖…………………………61
圖3.10 V-02, V-18儲氣調節管與進出氣歧管組立示意圖……………………….…62
圖3.11 腐蝕測試片(Test Coupon) ………………………………………………..…75
圖3.12 陰極防蝕流電陽極法埋設鎂犧牲陽極…………………………………..…76
圖3.13 陰極防蝕接線測試箱………………………………………………..………76
圖3.14 沉陷測量樁埋設圖…………………………………………………..………77
圖3.15 沉陷測量基準樁設置圖………………………………………………..……77
圖3.16 緊急關斷閥設置圖……………………………………………………..……78
圖3.17 安全釋壓閥及排放消音器設置圖……………………………………..……78
圖3.18 儲槽區歧管溝設置瓦斯洩漏偵測器圖………………………………..……79
圖3.19 儲槽區室外消防栓消防安全設備設置圖……………………………..……80
圖3.20 3D模型視埠及視景操作畫面圖………………………………………..……81
圖3.21 儲氣調節管槽以CADWorx PLANT做出的3D模型圖………………….…82
圖4.1 台灣活動斷層分布圖(2010)………….………………………………..……86
圖4.2 52”儲氣槽縱向及橫向應力示意圖…………………………………………87
圖4.3 儲氣槽承受垂直及內壓應力圖……………………………………..………89
圖4.4 儲氣槽容許相異沉陷示意圖………………………………………..………90
圖4.5 連續構造管線埋設狀況與土層圖………………………………………..…93
圖4.6 第一級地震埋管檢核流程圖……………………………………………..…94
圖4.7 第一級地震用速度震譜圖…………………………………………..………98
圖4.8 第二級地震埋管檢核流程圖……………………………………………..…99
圖4.9 第二級地震用速度震譜圖……………………………………………..……100
圖4.10 中國管線耐震設計規範檢核流程圖…………………………………..……103
圖4.11 埋管深度2.06公尺與斷層交角30°示意圖…………………………….……104
圖4.12 埋深2.06公尺與斷層交角30°變位與應變圖………………………….……106
圖4.13 埋管深度2.06公尺與斷層交角40°示意圖……………………………….…107
圖4.14 埋深2.06公尺與斷層交角40°變位與應變圖………………………….……109
圖4.15 埋管深度2.06公尺與斷層交角70°示意圖……………………………….…110
圖4.16 埋深2.06公尺與斷層交角70°變位與應變圖………………………….……112
圖4.17 埋管深度2.06公尺與斷層交角85°示意圖…………………………….……113
圖4.18 埋深2.06公尺與斷層交角85°變位與應變圖………………………….……115
圖4.19 埋管深度1公尺與斷層交角30°示意圖………………………………..……116
圖4.20 埋深1公尺與斷層交角30°變位與應變圖…………………………..………118
圖4.21 埋管深度1公尺與斷層交角75°示意圖…………………………………..…119
圖4.22 埋深1公尺與斷層交角75°變位與應變圖……………………………..……121
圖4.23 不同抗震方式之結果比較圖……………………………………………..…122
圖4.24 管線埋設管溝斷面圖………………………………………………..………123
圖4.25 ALA耐震設計規範檢核流程圖……………………………………..………124
圖5.1 各國法規依設計壓力之分級比較圖………………………………..………133
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