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

Необходимость в наземной и надземной схемах прокладки магистральных трубопроводов возникла при строительстве в неблагоприятных грунтовых условиях. Особенно широко эти схемы стали применяться в условиях Севера на вечномерзлых грунтах. Оттаивание грунтов под воздействием теплового потока от трубопровода приводит к почти полной потере ими несущей способности. Отсюда и стремление убрать трубы из разжиженной грунтовой массы иа опоры, на грунтовую теплоизолирующую подсыпку. Однако при этом возникают такие осложнения, из-за которых иногда выгоды надземной прокладки полностью, а в некоторых случаях и со значительным превы-Н1еиием перекрываются различного рода убытками. Под убыт-ка.ми понимаются: превращение трубопровода в труднопреодолимую преграду (например, для животных, транспорта), подверженность его резким суточным и сезонным колебаниям температуры, воздействие ветра, осадков, необходимость устройства дорогостоящей тепловой изоляции. Кроме того, как доказала практика, надежность надземной схемы в условиях Севера оказывается ничуть не выше надежности обычной подземной прокладки.

Ранее было сказано, что линейная часть трубопровода пересекает различного рода препятствия. Под препятствиями будем понимать все естественные или искусственные преграды, приводящие к изменению конструкции трубопровода.

Так, при пересечении любой водной преграды требуются увеличение толщины стенки труб, изменение типа изоляции, а в некоторых случаях - прокладка дублирующей нитки труб. Изменяется конструкция трубопровода на болотах, вечномерзлых грунтах - требуется закрепление труб грузами или анкерами или переход па надземную прокладку, изменяется конструкция трубопровода, сооружаемого в горах на пересечениях оползней, иа продольных и поперечных уклонах и т. д., а также при пересечении железных и шоссейных дорог, линий существующих трубопроводов. Все это - препятствия иа участках определенной длины.

Небольише же овраги, хотя они но внешним признакам и являются препятствием для нормального хода строительных работ, на конструкцию трубопровода влияния не оказывают, и считать их препятствиями не следует.

Хотя магистральный трубопровод и представляет собой непрерывную нитку, однако он имеет устройства, позволяющие отсекать отдельные его участки в случае возникновения аварийных ситуаций с целью ограничения объема потерь транспортируемого продукта и уменьшения ущерба, наносимого природе при вытекании продукта из разрушенного участка. На нефтепроводах устанавливают задвижки, а на газопроводах - краны. Задвижки и краны весьма дороги, сложны, а главное - это важные узлы трубопровода. От их надежности и безотказной

работы зависит размер возможных потерь продукта при авариях, уровень вредного его воздействия на окружающую среду. Очень многое зависит и от правильности расстановки запорной арматуры.

Важными элементами линейной части трубопровода являются также различного рода узлы и детали: тройниковые соединения, переходы с одного диаметра на другой (переходник), устройства запуска очистных приборов (скребки, шары, пориши и т. д.) и их выхода из трубы.

Как уже отмечалось, линейная часть трубопровода может включать участки, на которых прокладываются две или более «нитки» труб. Как правило, дополнительные «нитки» укладывают на пересечении рек, водохранилищ. Вторая труба (обычно меньшего диа.метра) часто сооружается на отдельных участках для увеличения пропускной способности трубопровода. Таким образом, линейная часть включает мини.мум различных элементов. Однако это ни в коей мере не уменьшает количества проблем, возникающих при проектировании, строительстве и эксплуатации линейной части трубопроводов. Лишь незначительная часть из них рассматривается в данной книге.

§ 1.4. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ТРУБОПРОВОДОВ

Для характеристики трубопроводов приведем их основные технические, технологические и экономические показатели.

1. Нефтепроводы и нефтепродуктопроводы.

Одна из важнейших характеристик нефтепровода-его пропускная способность, характеризуемая количеством нефти, перекачиваемой в год при заданных диаметрах, рабочем давлении иа выходе из НС, прочности труб, температуре продукта в некоторых других показателях. В табл. 1.1 приведены значения пропускной способности трубопроводов.

Таблица 1.1

Пропускная способность трубопроводов

Таблица 1.2

Скорость движения нефти н нефтепродуктов в магистральных трубопроводах

Диаметр трубопровода, приведенный в табл. 1.1, может быть и не самым выгодным, так как, изменяя расстановку НС, можно обеспечить перекачку необходимого количества нефти или нефтепродукта по трубам меньшего или большего диаметра по сравнению с указанными в таблице. Наилучшее значение диаметра можно найти оптимизацией нефтепровода по приведенным затратам, изменяя рабочее давление р, расстановку НС, используя различные конструктивные схемы прокладки линейной части трубопровода и чередование их по длине трубопровода.

Среднюю скорость движения жидкости Vcp можно принимать по табл. 1.2.

Расстановка перекачивающих станций осуществляется на основании полного гидравлического расчета трубопровода с учетом рельефа местности. Впервые автором (1969 г.) была поставлена и совместно с Б. И. Кимом решена (1972 г.) задача совмещения выбора оптимальной трассы с оптимизацией основных технологических параметров нефтепровода, включая и расстановку НС (см. § 11.4).

Металловложения являются очень важным показателем стоимости трубопровода, и уменьшению их удельной величины (т/км) придается большое значение. Металловложения зависят от диаметра и толщины стенки труб. В табл. 1.3 приведены

Таблица 1.3

Удельные металловложения

Таблица \А

Капитальные вложения в строительство трубопроводов

273 325 377 426 530 630 720 820 1020 1220 1420

24,9 28,8 33,6 37,6 56,6 71,0 77,5 91,1 136,1 180,8 235,5

20,1 22,8 27,5 31,5 49,1 56,0 62,1 74,9 119,6 165,6

1504 1643 1867 2556 5418 6730 8077 9202 15396 16193

854 920 1127 1274 1926 2012 2170 2554 3024 3550

ориентировочные значения удельных металловложений, полученные на основе анализа работы ранее построенных трубопроводов (при определенной толщине труб).

Точные значения металловложений могут быть определены только после выполнения гидравлического расчета и определения фактической толщины стенки труб для различных участков трубопровода (в зависимости от принятой для каждого участка средней толщины стенки труб).

Капитальные вложения в линейную часть трубопровода ориентировочно можно принять по данным табл. 1.4.

2. Газопроводы.

Скорость движения газа (м/с) определяется по формуле

гср = 0,0124-,

внРср

где Q -расход газа; г - коэффициент сжимаемости; Гер -абсолютная средняя температура газа; Овп -диаметр трубы; Рср - давление газа.

Между двумя КС скорость движения газа неодинакова вследствие неравномерного падения его давления по длине участка и изменяется от 8-10 в начале участка до 12-16 м/с в конце его.

Пропускная способность газопровода (одного и того же диаметра) зависит в основном от расстояния между КС, давления газа на выходе из КС и в конце участка, а также температуры газа.

Ориентировочно пропускную способность газопроводов можно определить по данным табл. 1.5. Как видно из таблицы,

Таблица 1.5

Средняя пропускная способность газопровода Qcp, млрд. м/год

Средняя пропускная способность в зависимости от давления газа на выходе его из КС (начало линейного участка между двумя КС) и входе в следующую КС (конец линейного участка) может изменяться более чем в два раза. Поэтому при проектировании и строительстве газопроводов наблюдается тенденция к увеличению рабочего давления газа в начале линейных участков. Длительное время давление принималось 5,5 МПа, в настоящее время газопроводы диаметром 1420 мм рассчитываются иа внутреннее давление 7,5 МПа. Рассматриваются задачи, связанные с возможным переходом на давление 12 МПа и более. Однако их решение является чрезвычайно сложным. Несущая способность труб недостаточна для обеспечения надежной эксплуатации газопроводов с внутренним давлением газа 10 МПа и более. Увеличение то;идины стенки без принципиального изменения конструкции труб не дает сколько-нибудь заметного повышения надежности. Высокие давления требуют и нового технологического оборудования.

Очень много строительных и эксплуатационных проблем возникает из-за температурного режима газопроводов и ие только но обеспечению прочности и устойчивости собственно трубопровода, но и по уменьшению вредного воздействия на окружающую среду. Па выходе из КС температура может достигать 60 °С; она постепенно уменьшается иа протяжении де-

Ркс, 1.11, График изменения температуры по длине газопровода

сятков километров (рис. 1.11) и может достичь в пределе температуры окружающего трубу грунта.

Столь высокая температура растепляет вечную мерзлоту, что создает значительные трудности при строительстве газопроводов в таких грунтах.

Пропускная способность газопроводов, как это видно из таблицы 1.5, при понижении

температуры газа существенно увеличивается. При этом улучшаются условия стабилизации положения труб в грунте. Понижение температуры газа до минус 3 °С не требует (с целью обеспечения несущей способности газопроводов) изменения конструкции и материала труб. При более глубоком охлаждении (до -30 °С и более) необходимо существенное изменение как конструкции труб, так и их материала (марок сталей).

§ 1.5. КОНСТРУКЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Подземные магистральные трубопроводы сооружаются в основном из стальных труб, толщина стенки которых определяется расчетом на прочность (см. гл. 6). Наружная, а иногда и внутренняя поверхности труб покрываются изоляцией для защиты металла от коррозии. Эта простейшая конструкция по мере увеличения диаметра труб и усложнения условий прокладки и эксплуатации все меньше соответствует высоким требованиям, предъявляемым к надежности и работоспособности газопроводов и нефтепроводов. Разрушения протяженностью иногда до нескольких километров, выпучивание из грунта, всплытие труб иа обводненных участках и т. п. - все это требует более сложных конструктивных решений по сравнению с однослойной изолированной трубой.

Приведем краткие характеристики конструкций, позволяющих повысить работоспособность и надежность подземных трубопроводов.

1. Трубопровод из многослойных труб (предложение института электросварки им. Е. О. Патона) имеет вид спирали из трех-четырех слоев тонкого стального листа. Такая труба позволяет более полно использовать несун1;ую сиособность металла и исключить протяженные разрушения. Сооружение трубопровода целиком из многослойных труб пока не является бесспорным, поскольку еще не решен вопрос о продольной устойчивости многослойной трубы при сжатии и ряд других вопросов. Многослойная стенка, состоящая из нескольких слоев толщиной bin (где б - полная толщина стенки трубы, г п -