1 Технологічний розрахунок трубопроводу для скраплених вуглеводневих газів
1.1 Мета і завдання роботи
Метою виконання роботи є вивчення студентами методики технологічного розрахунку трубопроводів для транспортування скраплених вуглеводневих газів (СВГ).
У результаті виконання роботи студент повинен знати і вміти:
виконувати гідравлічні розрахунки трубопроводу при перекачуванні СВГ;
реалізувати методику розрахунку в оригінальному програмному забезпеченні;
аналізувати динаміку зміни режимних параметрів від сезонних чинників.
1.2 Основні теоретичні положення
При великих обсягах транспорту СВГ може виявитися найбільш ефективним трубопровідний транспорт. У кожному окремому випадку необхідно проводити техніко-економічний розрахунок для визначення оптимального виду транспорту СВГ. Трубопровідний транспорт газу в рідкому стані має пере-вагу в порівнянні з іншими видами транспорту: висока надійність газопостачання споживачів, значно менша небезпека вибуху і пожеж, можливість подачі скрапленого газу в будь-який час і в необхідній кількості, висока культура виробництва, незалежність від кліматичних умов тощо. Скраплений пропан і бутан перекачуються по спеціальних трубопроводах або транспортуються послідовно з іншими нафтопродуктами (бензинами). Як показали дослідження, при послідовному перекачуванні по трубопроводу бензину і скрапленого газу відбувається незначне перемішування продуктів, при цьому об’єм суміші зазвичай не перевищує 1 % від об’єму трубопроводу. При перекачуванні СВГ послідовно з іншими нафтопродуктами доцільно закачувати партію бутану у вигляді буфера між двома партіями світлих нафтопродуктів. Процес сумішоутворення при послідовному перекачуванні скраплених газів (пропану, бутану) з іншими нафтопродуктами не відрізняється від процесу сумішоутворення при послідовному перекачуванні двох світлих нафтопродуктів і може розраховуватися за відомими методиками.
Технологічна схема трубопроводів для скраплених вуглеводневих газів не відрізняється істотно від схеми магістрального нафтопродуктопроводу. Головна насосна станція (ГНС) може бути розташована безпосередньо на території заводу-виробника СВГ або може бути розташована окремо у комплексі із резервуарним парком. На головній насосній станції споруджують резервуари для зберігання запасу СВГ і передбачають насосні цехи з підпірними та основними насосами. Через певні відстані (зумовлені гідравлічним розрахунком) на магістральному трубопроводі споруджуються проміжні насосні станції (ПНС). Вони обладнані основними насосами. Скраплений газ із резервуарів надходить у насосний цех і через пункт заміру подається в магістральний трубопровід. На проміжних насосних станціях скраплений газ перекачується основними насосами і у такий спосіб здійснюється схема перекачування “із насоса в насос”. Трубопровід оснащений запірною, регулювальною і контрольно-вимірювальною арматурою. Після трубопроводу скраплені гази надходять під тиском у сховище газу.
Характерна
риса трубопроводів скрапленого газу —
залежність стану середовища, що
транспортується, від зміни тиску і
температури по довжині трубопроводу.
При падінні тиску нижче пружності
насичених парів транспортованого
продукту рідина закипає, утвориться
парова фаза, яка, заповнюючи частину
перерізу трубопроводу, призводить до
різкого зниження його продуктивності.
Тому для забезпечення надійної і
безперебійної експлуатації мінімальне
значення тиску в трубопроводах скраплених
газів повинно бути на
МПа
більше від тиску насичених парів
транспортованого продукту, тобто повинна
виконуватись умова
(1.1)
де
- пружність насичених парів компонента
або суміші при максимальній температурі
у трубопроводі.
Таким же має бути тиск СВГ перед кожною проміжною насосною станцією. Якщо у кінці трубопроводу скраплений газ із трубопроводу надходить у резервуари для зберігання, то для запобігання утворенню парової фази кінцевий тиск повинен перевищувати тиск насичених парів на 0,15- 0,2 МПа, тому можна записати
(1.2)
Для уникнення утворення гідратних пробок через наявність вологи на трубопроводах скрапленого газу вживають такі заходи:
забезпечення герметичності арматури та устаткування;
осушення трубопроводу перед його заповненням транспортованим продуктом;
передбачають постійне застосування інгібіторів (зазвичай метанолу).
На трубопроводі на підвищених точках профілю траси встановлюють вантузи для випуску парової фази і сухого газу. Для забезпечення безпечних умов ремонту пропан-бутанових трубопроводів по них у ряді випадків попередньо пропускають партію світлого нафтопродукту для видалення СВГ з ділянки трубопроводу, яка підлягає ремонту.
Типовим прикладом магістрального трубопроводу для скрапленого газу є російський трубопровід “Миннибаево - Казань”. Його довжина 288 км, діаметр 300 мм. Для видалення води з трубопроводу після його будівництва було проведено продування з використанням роздільників. Трубопровід випробували сухим газом. При цьому в трубопроводі був залишений сухий газ під тиском 2 МПа. Для очищення труби був закачаний нестабільний бензин, потім - метиловий спирт, за яким закачали скраплений газ. Транспортування СВГ по трубопроводу “Миннибаево - Казань” проводиться з постійним заливанням метилового спирту (2 л на 1т). Це виключає гідратоутворення протягом усього року. Вимірювання засвідчили, що на відстані більшій, ніж 100 км від головної насосної станції температура продукту практично дорівнює температурі навколишнього ґрунту. У трьох точках по довжині трубопроводу установлені термометри для вимірювання температури транспортованого скрапленого газу. Це дає змогу регулювати витрату метилового спирту залежно від температури.
Для вирішення завдань проектування та експлуатації трубопроводів скраплених вуглеводневих газів необхідно проводити гідравлічний розрахунок. Гідравлічний розрахунок трубопроводів для скраплених газів при незначних перепадах температури по довжині не відрізняється якісно від гідравлічного розрахунку нафтопродуктів, хоча має деякі особливості. Ця особливість полягає в тому, що скраплений газ при зміні температури може перейти із рідкої фази у газоподібний стан, що спричинює різке зниження пропускної здатності трубопроводу. Крім того, рух паро-рідинної суміші викликає кавітаційні явища, насамперед, у насосах. Із врахуванням проти кавітаційного запасу середні швидкості руху рідкої фази СВГ слід приймати у всмоктувальних трубопроводах - не вище 1,2 м/с, у напірних трубопроводах — не вище 3 м/с.
Небезпечними
точками траси трубопроводу скрапленого
газу є точки, найбільш сприятливі для
випаровування рідкої фази. Це відповідає
підвищеним точкам траси, для яких
характерна найменша різниця висот між
лінією гідравлічного нахилу і профілем
траси трубопроводу. Основною вимогою
для трубопроводів скрапленого газу є
створення умов, при яких не відбувається
випаровування, тобто в будь-якій точці
трубопроводу тиск не повинен падати
нижче пружності насичених парів
транспортованого продукту. У процесі
перекачування можлива зміна складу
скрапленого газу, а отже, можлива зміна
тиску насичення. Крім того, при виборі
максимальної температури перекачування
теж допускається наближення, тому що
неможливо врахувати температурні зміни
в процесі експлуатації трубопроводу.
З цього випливає, що мінімальний тиск
у небезпечних точках профілю траси
трубопроводу необхідно приймати з
певним запасом
.
На лінії від трубопроводу до резервуарів може бути значна кількість різних видів місцевих гідравлічних опорів: засуви, вентилі, зворотні і регулювальні клапани, витратоміри, патрони для вимірювання температури тощо, тому необхідно враховувати гідравлічні втрати на цих опорах, щоб не допустити зниження тиску нижче пружності парів та інтенсивного утворення газу в ємностях. Дослідження засвідчили, що на вході в проміжні насосні станції і у кінці трубопроводу доцільно для зниження пружності парів (і тим самим для зменшення витрат потужності на перекачування) включати установки охолодження скрапленого вуглеводневого газу.
На трубопроводах значної протяжності відстань між насосними станціями визначається з умови, що тиск після насосної станції по міцності труби не повинен перевищувати розрахунковий, а перед наступною насосною станцією повинен бути не менший
(1.3)