Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

[ 0 ] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63

подземные магистральные трубопроводы

В последнее десятилетие выполнен значительный объем научных исследований по выбору оптимальной трассы. Получены оптимальные решения но приведенным затратам, капитальным вложениям, конструктивным схемам, разветвлениям, технологии перекачки, составлены десятки программ для ЭВМ.

Итак, допустим, что мы имеем трубопровод, наилучший во всех отношениях или по одному какому-то показателю. Что значит «наилучший» или «оптимальный»? Приведем лишь краткий перечень взаимосвязанных (прямой н обратной связью) элементов, составляющих строительную и эксплуатационную структуру трубопровода (рис. 1). Из рисунка видно, что наилучшее решение по оптимизации трубопровода может быть получено в том случае, когда одновременно достигнуты наивысшая надежность при минимуме ущерба, наносимого природе, и минимуме затрат на строительство и эксплуатацию. Такой подход к проблеме оптимизации трубопроводного транспорта пока еще не совсем четко прослеживается в тех исследованиях, которые выполнены к настоящему времени. Дело здесь не столько в отсутствии математических моделей, сколько в отсутствии научно обоснованных рекомендаций но решению отдельных проблем. Проанализируем это ноложенне.

Надежность имеет две основные ветви: конструкционную и технологическую. Конструкционная надежность обеспечивается на заданном уровне в том случае, когда обеспечиваются неразрушимость и долговечность (в пределах расчетного или директивного срока эксплуатации). В свою очередь неразрушимость определяется необходимой прочностью конструкций (например труб), рассчитанной на испытательное и рабочее давления перекачиваемого продукта, а также на воздействие внешних силовых факторов (осадки, оползни, воздействие течений и т. п.). Долговечность при уже обеспеченной неразрушимости не может быть обеспечена, если не учтены длительные воздействия, уменьшающие несущую способность конст-

Рнс. 1. Строительная н эксплуатационная структура трубопровода

рукций (коррозия, перемещение труб в грунтах при проявлении их ползучих свойств, воздействие нагрузок, изменяющихся во времени с большей или меньшей частотой).

Мы самым тщательным образом проанализировали исследования по прочности трубопроводов и пришли к выводу о том, что говорить о полной научной обостюванности методов расчета трубопроводов на прочность пока нельзя. Интересно отметить, что трубопроводы имеют исключительно высокий запас несущей способности, но тем не менее иногда они разрушаются. Это не значит, что следует и дальше увеличивать тол-ншну стенок труб. Оказывается, ее можно даже уменьшить, обеспечив при этом такое испытание, которое полностью выявит скрытые дефекты металлургического и строительного характера. Нельзя считать обоснованным увеличение толщины стенок труб с целью компенсации строительных и металлургических дефектов. Рассмотрим оптимизационный подход к этой проблеме. Вот схема взаимосвязи ее элементов: прочность - экономия металла - испытания - срок ввода - потери времени (а следовательно, и дохода от более позднего ввода в строй) --убытки от аварий в процессе эксплуатации (из-за преждевременного ввода в строй и невыявления скрытых дефектов) -

ущерб природе (иногда невосполнимый). Это очень важное направление оптимизации, объединяющее цикл прочностных, экономических и экологических задач. Исследование всех элементов этой взаимосвязи и позволит дать научно обосиоваинын ответ.

Обратимся к технологической надежности, имея в виду только транспортировку нефти и газа. Главная цель обеспечения заданного уровня технологической надежности - бсспе-ребойная доставка расчетного количества продукта в конечный пункт. Здесь оптимизационных проблем больше, чем в случае конструкционной надежности. Начнем с определения способа перекачки. На протяжении почти пятнадцати лет ведутся дискуссии, как луч1пе транспортировать газ на большие расстояния: но трубам диаметром 1,6, 2 или 2,5 м, без охлаждения, в охлажденном, холодном, очень холодном или в жидком состоянии, при давлении 7,5, 10 или 12 МПа? Интересно, что проблема оптимизации решается иногда очень просто: достаточно знать формулу площади круга и закон изменения плотности газа при изменении его температуры и давления. Естественно, что пропускная способность трубопровода диаметром 2,5 м больше, чем трубопровода диаметром 1,5 м, а охлажденного (тем более жидкого газа) по одной и той же трубе можно перекачать больше, чем горячего. Но при этом возникают сопутствующие проблемы, иногда гораздо более сложные.

Как же обстоит дело с научным подходом к проблеме выбора оптимального способа транспортировки нефти и газа, давления, диаметра труб. Большие исследовательские работы в этом направлении ведутся во ВНИИГазе, МИНХнГП им. И. М. Губк1ша, ВНИИСТе, проектных институтах Мпигаз-прома и Миннефтенрома. По иногда они ведутся без должной увязки с конструкционной надежностью и требованиями охраны природы. Л как впдно из схемы (см. рис. 1), без псслсдопа-ния таких связей получить лучшее реиление невозможно. При этом необходимо постоянно помнить, что все элементы должны замыкаться на главную основу--трассу, наилучишм образом учитывающую их особенности н взаимосвязь. Имею1ц11Йся опыт и теория показывают, что даже незначительные изменения положения трассы приводят к изменению перечисленных показателей. Однако сказать о том, что в настоящее время имеется научно обоснованная методология, позволяющая утверждать, что в тех или inibix природных условиях при опредсле1П1ых материальных ресурсах и возможностях существующей техники и технологии строительства, необходимости нерестройкн многих отраслей народного хозяйства при принятии нринципиалыю новой схемы (например, транспортировка сжиженного газа), оптимальным является такой-то вариант перекачки, такой-то диаметр, такой-то материал, мы пока еще не можем. Приведем пример. При транспорте сильно охлажденного или жидкого

газа за оптимизирующие параметры принимают диаметр трубопровода и его пропускную способность. А все остальные проблемы (тепловая изоляция труб, технология их изготовления, использование мощного холодильного оборудования, строительных материалов, воздействие па природу и т. д.) считают второстепенными. Взять хотя бы тепловую изоляцию. Выполнено огромное количество исследований, по ни в одной работе не дается прогноз состояния тепловой изоляции в водоиасы-щетюм и периодически замерзающем грунте, при неизбежных продольных и поперечных перемещениях труб, обусловливающих большие силовые воздействия на тепловую изоляцию. Совершенно очевидно, что пористая изоляция не может использоваться длительное время в обводненных и замерзающих грунтах. Однако только при условии решения именно этой проблемы можно говорить о транспортировке холодного продукта.

Необходимо в кратчайшие сроки и на высоком научном уровне дать обоснование оптимальных способов перекачки, диаметров труб, увязать их с выбором трассы по всем остальным параметрам. Это поможет ответить нам на вопросы, связанные с выбором диаметра труб.

Не менее сложные проблемы связаны со строительством протяже[шых нефтепроводов, особетш в арктических условиях: «раетеплять» мерзлоту нельзя, качать холодную замерзшую нефть также нельзя, строить трубопровод на опорах очень дорого. Но строить нужно. Значит решение этой проблемы - одно из важнейших направлений оптимизации трубопроводного строительства.

Следует отметить имеющие не менее важное значение для эффективности трубопроводного транспорта строительные проблемы, связанные с приведенными затратами. Дело в том, что сколько бы ни оптимизировалось и ни получалось в чистом виде наилучших решений, они окажутся бесполезными (хотя и не бессмысленными) в данный период, если существующий уровень строительства не позволяет их реализовать. Здесь возникает прямая связь элементов строительства со всеми элементами конструкционной и технологической надежности, а также с вопросами охраны окружающей среды.

На всем протяжстщ трассы условия местности чрезвычайно разнообразны, и нередко невозможно осуществлять строительство но той конструктивной схеме, которая является наилучшей по технологической или конструктивной надежности. Значит, нужно иметь в виду реальные возможности строительных подразделений. Вероятно, не всякий трубопровод можно строить с такой высокой мобилизацией ресурсов и средств, которые имели место, например, на строительстве газопровода Вынга-пур -Челябинск или нефтепровода Сургут - Полоцк. Необходимы разработка оптимальных для конкретных природных

условий технологических схем строительства и увязка их с конструкционной и технологической надежностью, а также с требованиями охраны природы. Оптимизация организацнонны.ч структур и транспортных схем строительства позволяет наилучшим образом управлять строительством и маневрировать строительными подразделениями, что будет способствовать достижению высоких темпов строительства и сокращению их сроков.

Нельзя еще раз не отметить и важность такой проблемы трубопроводного строительства, как охрана природы. Этот раздел оптимизации трубопроводного транспорта по существу находится лишь на стадии становления. Оптимизация должна предусматривать прежде всего направление трассы, конструкцию трубопровода и технологию перекачки, наносящие минимальный ущерб природе. Это можно получить, имея четкую классификацию воздействий на природу при транспортировке и хранении нефти и газа, методы прогноза изменений в состоянии природы при длительной работе объектов трубопроводного транспорта. Такая классификация разрабатывается в МИНХиГП им. И. М. Губкина, ВНИИГазе, ВНИИСТ и других институтах. Ведутся исследования по прогнозированию воздействий на природу, разрабатывается комплекс мер по уменьн1ению их влияния на природно-растительный комплекс, животный мир, водоемы. Уже первые результаты доказывают возможность и целесообразность совмещения вопросов охраны природы с разработкой конструкций, технологии перекачки, технологии и организации строительства трубопроводов.

Из изложенного ясно, как сложны и как взаимосвязаны задачи трубопроводного транспорта нефти и газа. Именно комплексный подход позволит наилучшим образом решить те проблемы, которые связаны с необходимостью бесперебойного обеспечения промышленных районов страны нефтью и газом с месторождений, расположенных на обширной территории Севера, Западной н Восточной Сибири.

ГЛАВА 1

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ

Трубопроводный транспорт нефти, нефтепродуктов, природного газа, воды п других жидких и газообразных сред получил самое широкое распространение как в СССР, так и за рубежом, в настоящее время без него трудно представить себе возможность технического прогресса в любой отрасли промышленности, сельском хозяйстве, быту. Обеспечение высокого уровня надежности как отдельных магистралей, так и взаимосвязанных трубопроводных систем потребовало коренной переработки методов их проектирования, строительства и эксплуатации. В последнее время этими вопросами занимается все большее число различных органпзацпй. К важнейшим проблемам относятся такие, как увеличение пропускной способности трубопроводов, уменьшение энергозатрат на транспорт, металловложений на единицу транспортируемого продукта, обеспечение безотказности линейной части трубопроводов и перекачивающего оборудования, а также уменьшение затрат на вынолнеиие строительно-монтажных работ и сокращение сроков строительства. Каждая из этих проблем может быть темой самостоятельной книги.

§ НАЗНАЧЕНИЕ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

И ОБЛАСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

Магистральными называют трубопроводы, предназначенные для дальнего транспорта жидких, газообразных и твердых сыпучих продуктов, от мест их добычи, получения, переработки (условная начальная точка трубопровода) к местам потребления (условная конечная точка).

в зависимости от вида транспортируемого продукта трубопроводы получают соответствующие их целевому назначению названия.

Газопроводы - трубопроводы для перекачки природных и искусственных газов, находящихся как в газообразном, так и в жидком состоянии, в последнем случае газопровод имеет более узкое название, например аммиакопровод, газопровод сжиженного газа (пропана, бутана и их смесей), углекислотопро-вод и т. п.

Нефтепроводы ~тру6о\\\)оъод,ы для перекачки нефти, поступающей по системе промысловых трубопроводов к начальной точке магистрального нефтепровода.