ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЬ 2 часть

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

грузки, основой которой являются очень дорогие подводные терминалы, устанавливаемые на глубинах 50 – 100 м.

В основных пунктах разгрузки (о. Диксон, Хатангский залив, Зеле- ный Мыс, Тикси, Певек) изобаты 50 – 100 м удалены от береговой черты на несколько сот километров, что практически исключает возможность создания коммуникаций между терминалом и берегом, устойчиво рабо- тающих в арктических условиях.

Поэтому для более полной реализации всех преимуществ, которые имеют ПТС в Арктике, необходимо создание специализированных под- водных танкеров, которые могли бы плавать не только подо льдом, но и во льдах, имея возможность подходить к берегу до глубин 10 – 20 м и осуще- ствлять разгрузочные работы с помощью прибрежных перегрузочных ком- плексов.

Технико-экономические исследования свидетельствуют о достаточно высокой эффективности применения подводных танкеров-ледоколов по сравнению с надводными судами и необходимости внедрения новой под- водной арктической транспортно-технологической системы завоза налив- ных нефтепродуктов в пункты Крайнего Севера и Арктики.

Предлагаемые технические решения требуют проведения комплекса дальнейших организационных, научно-исследовательских, опытно- конструкторских и проектно-изыскательских работ.

4.2. Транспортная система ПТС

Кардинально решить проблему продления арктической навигации (в перспективе вплоть до круглогодичной) и обеспечения надежности (гаран- тированности) доставки грузов по назначению можно лишь путем введе- ния в эксплуатацию судов, в минимальной степени зависящих от ледовых условий. Такими судами являются подводные, основной режим плавания которых – подводный (подледный), исключающий их непосредственный контакт со льдом. Использование подводных судов качественно изменяет морскую транспортную систему, превращая ее в комплексную, способную эффективно решить задачу морских арктических перевозок, хотя в качест- ве компонентов подводной транспортной системы были рассмотрены так- же контейнеровозы для транзитных перевозок по маршруту Европа – Азия

имногоцелевые суда-снабженцы.

Всвязи с этим необходимы существенные изменения арктической транспортной системы с учетом применения в Арктике нетрадиционных транспортных средств, в частности подводных транспортных судов.

141

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Одним из основных направлений таких изменений следует считать переориентацию оптимального объема завоза нефтепродуктов с восточных нефтехранилищ на западные. Предлагаемые объемы завоза ежегодно могут возрастать до 0,7 – 0,8 млн. т (в 1,5 – 2 раза).

В процессе организации движения подводных судов система их маршрутов протерпит существенные изменения по сравнению с традици- онными маршрутами трассы СМП, тяготеющими к прибрежной зоне.

Подход подводного судна к береговому перегрузочному комплексу (причалу или вообще к берегу) в ледовых условиях будет происходить следующим образом. Подводное судно при подходе к берегу всплывает в надводное положение на расстоянии, ближе которого глубины и ледовая обстановка не позволяют плавание в подводном положении. Оно при всплытии само проламывает лед или всплывает в естественной полынье и далее к берегу следует в надводном положении самостоятельно без ледо- кола благодаря собственным высоким ледокольным качествам.

Подход к причалу, швартовка, разгрузка и (или) погрузка подводных судов будут осуществляться так же, как и надводных судов аналогичного назначения. При этом помощь портового ледокола для подводного танкера не потребуется.

По завершении разгрузки и (или) погрузки подводное судно отходит от причала и следует в надводном положении до глубин, позволяющих плавание в подводном положении, погружается и следует к пункту назна- чения.

Между портами (пунктами) назначения подводные суда будут пла- вать кратчайшими маршрутами, выбранными с учетом глубин акватории и ледовых условий. На глубоководных участках подводные суда будут пла- вать на своей эксплуатационной (рабочей) глубине погружения с экономи- чески обоснованной скоростью. Глубоководным участком в настоящей ра- боте считают участок глубиной не менее 150 м с тем, чтобы между дном и нижней поверхностью льда и его образований имелся необходимый зазор для маневрирования подводного танкера по вертикали.

4.3. Основные элементы подводного танкера

Для решения задачи повышения надежности и гарантированности завоза нефтепродуктов на арктическое побережье России подводный транспорт должен обладать следующими свойствами:

142

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

∙плавать под водой и подо льдами на безопасной глубине в тече- ние кругового рейса;

∙двигаться в узком вертикальном коридоре между ледовой по- верхностью и дном при высоте коридора от 30 м и более со скоростью хо- да 4 – 15 узлов;

∙всплывать во льдах толщиной до 3 м и двигаться во льдах тол- щиной 1,5 – 2 м со скоростью не менее, чем 2 узла без ледокольного со- провождения.

Таким образом, исходя из приведенных свойств, этот вид специаль- ного транспорта, по существу, является подводным судном-ледоколом. А т.к. это судно перевозит нефтепродукты, то его следует называть подвод- ный танкер-ледокол (ПТЛ).

4.4. Перегрузочный комплекс

Вусловиях Арктики между морской и материковой транспортными системами возникает значительный разрыв, обусловленный недостаточ- ным количеством портов и порто-пунктов, сложными рельефно-гидроло- гическими особенностями прибрежной зоны (протяженное мелководье, слабый грунт берега, вечная мерзлота, ледовый припай и др.), не позво- ляющими использовать в этих районах обычные технические средства при обеспечении круглогодичной навигации. Основные задачи прибрежного перегрузочного комплекса – круглогодичный прием танкеров в море на некотором удалении от берега, их разгрузка и передача доставленных тан- керами нефтепродуктов в береговые хранилища (рис. 10.1)

Главные факторы, влияющие на технический облик прибрежного пе- регрузочного комплекса – это обширное мелководье (изобата 30 м удалена от берега в основных пунктах разгрузки на 100 – 150 миль) и воздействие льда.

Взоне мелководья исключается создание подводного терминала. Главная проблема – строительство надежной протяженной коммуникации, связывающей терминал с берегом в арктических условиях. Поэтому созда- ние прибрежных перегрузочных комплексов должно идти в направлении использования надводных морских ледоустойчивых терминалов, разме- щаемых на акватории с глубинами 10 – 20 м (определяется осадкой швар- тующихся судов).

Форма и структурное построение морского терминала определялась исходя:

143

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

∙из особенностей условий его установки на «точке»;

∙из принципов функционирования;

∙из стремления максимально использовать при строительстве хо- рошо освоенные судостроительными заводами конструкции, технологии и имеющиеся производственные мощности;

∙из возможности изготовления в заводских условиях до полной готовности к постановке на «точку».

3

2 – морской терминал; 3 – подводный трубопровод; 4 – наземный транспорт; 5 – воз- душный транспорт; 6 – береговые хранилища

Исходную модель морского терминала конструктивно можно пред- положить в виде трех схем. А именно:

∙монолитный блок в форме усеченного конуса;

∙строение, состоящее из основания в форме цилиндра и технологи- ческого блока, установленного на основании;

∙строение, включающее основание в форме цилиндра и два техно- логических блока, один из которых установлен на основании, а другой ох- ватывает основание по периметру в виде конусного по форме образования.

Монолитный блок в форме усеченного конуса предполагается как решение, позволяющее рационально построить конструктивную защиту терминала от воздействия льда при ограниченных прочностных возможно- стях используемого материала. Строение из основания и технологического блока рассматривается как способ увеличения объема производственных помещений при возможно меньшей площади основания, воспринимающе- го ледовую нагрузку.

144

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Геометрические параметры терминала будут определяться запасами принимаемых на хранение нефтепродуктов, видом и количеством разме- щаемого на них оборудования. Форма терминала будет регламентировать- ся принятым способом решения вопроса о его защите от воздействия льда и принципами функционирования.

Транспортная коммуникация в прибрежном перегрузочном комплек- се может быть представлена в разнообразном конструктивном исполнении, определяемом широким спектром технических и экономических факторов, их различной значимостью и весомостью в каждом конкретном случае. А именно:

∙воздушное или амфибийное средство, работающее челночно и регулярно только на линии морской терминал – береговая база и являю- щееся составной частью морского терминала; основная задача – перевалка грузов с морского терминала на береговую базу;

∙специализированное транспортное средство для районов Арктики, способное передвигаться по суше и по морю без существенных ограничений, принадлежащее потребителю; основная задача – доставка нефтепродуктов с морского терминала средствами потребителя по мере необходимости;

∙воздушный трубопровод – стационарная трубопроводная магист- раль на опорах, связывающая морской терминал с береговой линией;

∙надводный трубопровод – временная (сезонная) трубопроводная магистраль, укладываемая на воду или на лед в определенные периоды и в промежутках между этими периодами убираемая, но при некоторых тех- нических решениях (возможен и такой вариант) – постоянная;

∙подводный стационарно уложенный и заглубленный в грунт тру- бопровод;

∙туннельный трубопровод – постоянная трубопроводная магист- раль, прокладываемая в предварительно сформированном под дном аква- тории и берега туннеле.

Из всех видов нагрузок, действующих на терминал (воздействие льда, волн, течений, ветра, колебаний уровня воды и изменение количества груза в хранилищах), наибольшую представляют силы от воздействия льда. Исследования показали, что наиболее предпочтительной является коническая форма терминала, при которой ледовые нагрузки наименьшие.

Закрепление терминала на грунте возможно тремя способами:

∙гравитационным, обеспечивающим устойчивость сооружения на грунте за счет массы конструкции, оборудования и балласта;

145

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

∙при помощи фундамента из свай, количество и глубина погруже- ния которых определяются расчетной нагрузкой;

∙при помощи «юбки», выполняемой по периметру основания кор- пуса терминала, опирающегося на грунт, и заглубляемой на глубину, опре- деляемую расчетной нагрузкой.

Оценочные расчеты устойчивости сооружения на грунте показали, что при гравитационном способе обеспечения устойчивости терминала не- обходимо создание величины пригруза не менее 100 тыс. т, т.е. значитель- ного увеличения размеров опорной части терминала.

Использование свайного фундамента требует заглубления свай диа-

метром 1,2 – 1,5 м на глубину порядка 80÷90 м. В предполагаемых районах постановки терминалов на 10 – 15 м ниже уровня морского дна начинают- ся вечномерзлые грунты, уходящие на глубину 100 – 200 м, что представ- ляет значительные трудности при проведении свайных работ.

Оценка закрепления терминала при помощи «юбки» показывает, что устойчивость его на грунте обеспечивается при заглублении «юбки» в грунт на глубину около 10 м

Корпус терминала предлагается формировать в виде восьмигранного

борки, обеспечивающие размещение в верхнем строении необходимых помещений для обслуживающего персо-

нала, оборудования и механизмов (включая вертолеты).

Емкости для нефтепродуктов организованы в нижней (конусной) части терминала путем деления объема внутреннего пространства конуса

146

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

радиальными и кольцевыми переборками на необходимые по объему и ко- личеству цистерны. Общий объем цистерн терминала 30 тыс. м3. При не- обходимости этот объем может быть увеличен за счет изменения формы и геометрических параметров конусной части.

Над цистернами для нефтепродуктов образован бокс для приема на- земных транспортных средств. Бокс занимает среднюю часть объема над цистернами, по торцам имеет ворота-аппарели и служит для приема со льда колесной или гусеничной техники, судов на воздушной подушке (СВП) и платформ на воздушной подушке (ПВП), а с воды – плавающей техники, СВП и ПВП. В боксе осуществляется загрузка транспортной тех- ники нефтепродуктами, мелкий ремонт, стоянка для отдыха экипажа.

В случае, когда транспортная техника базируется на морском терми- нале ниже бокса, может быть организован гараж для стоянки, обслужива- ния и ремонта машин в межрейсовые и межледовые периоды.

Ворота-аппарели состоят из двух секций, одна из которых, ведущая, шарнирно закреплена на рычагах, а другая, откидная, прикреплена к веду- щей с возможностью поворота.

Терминал может принимать, хранить и передавать на береговые базы горюче-смазочные материалы (ГСМ) нефтепродукты в различной таре – в бочках на поддонах, в контейнерах стандарта ИСО для генеральных гру- зов, контейнерах-цистернах для жидкостей и т.п.

С этой целью на закрытой платформе терминала образуется площад- ка для складирования контейнеров. Для приема контейнеров на площадку, перемещения их по ее пространству и подачи на раздаточный вертолетный подъемник над площадкой будет установлено грузотранспортное устрой- ство. Размеры площадки 24x27 м. Общая площадь 650 м2. Объем 4 тыс. м3. Контейнеры предполагается устанавливать в два яруса. При двухъярусной установке на площадке можно разместить 64 стандартных контейнера длиной 6,1 м. При необходимости площадка может быть увеличена до лю- бых требуемых размеров.

Для приема нефтепродуктов с танкера-снабженца наливом и в таре на терминале предполагается установить грузовое устройство, содержащее две выдвижные стрелы, несущие грузовые стрелы и грузовой захват.

При разгрузке танкер к терминалу не швартуется, а останавливается (двигаясь параллельным курсом) примерно в 30 – 40 м от него, становясь на якорь или удерживаясь на месте при помощи подруливающих уст- ройств.

Грузовая стрела, выдвигаясь из корпуса терминала, зависает над тан- кером и опускает на его палубу грузовые шланги. Грузовые шланги при

147

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

помощи стыковочных узлов подсоединяются к раздаточной системе танке- ра, и насосы танкера перегоняют нефтепродукты на терминал.

По такой же схеме может осуществляться бункеровка судов, пла- вающих в Арктике. В этом случае топливо перегоняется насосами терми- нала на судно.

Для приема груза в таре на палубу танкера со стрелы опускается грузовой захват, и груз доставляется на платформу терминала, где и скла- дируется.

МАТЕРИАЛЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ И КОНТРОЛЯ

План лекций

1.Трубопроводный транспорт нефтепродуктов.

2.Автомобильный транспорт нефтепродуктов:

∙определение времени слива нефтепродукта из автомобильных

цистерн.

3.Водный транспорт нефтепродуктов;

4.Подводный транспорт нефтепродуктов:

∙предпосылки создания ПТС;

∙транспортная система ПТС;

∙основные элементы подводного танкера;

∙перегрузочный комплекс.

Вопросы для предварительного контроля

1.Трубопроводный транспорт нефтепродуктов.

2.Автомобильный транспорт нефтепродуктов:

∙определение времени слива нефтепродукта из автомобильных

цистерн;

3.Водный транспорт нефтепродуктов;

4.Подводный транспорт нефтепродуктов:

∙предпосылки создания ПТС;

∙транспортная система ПТС;

∙основные элементы подводного танкера;

∙перегрузочный комплекс.

148

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

Расчет времени выгрузки из цистерн застывающих и кристаллизирующихся грузов

Расчетная формула для определения времени выгрузки имеет вид

где Т – время слива жидкой фазы (мин);

tyo. – время удаления твердой фазы (мин);

tзакл. – время подготовительных и заключительных операций (мин).

Вtподг. при сливе грузов с двухфазной средой входит дополнительная операция на пробивание толщи осадка над сливным клапаном, продолжи- тельность которой зависит от плотности осадка, высоты его слоя и для ка- ждой группы грузов устанавливается фотохронометражем. Точность запи- си при фотографии процесса – 1 мин и при хронометраже – 1 с.

Вtзакл. входит дополнительная операция охлаждения цистерны и ее предварительной зачистки, продолжительность которой устанавливается хронометражем, но в любом случай превышает 2 мин на всю одновремен- но загруженную группу цистерн.

Пример расчета

Для определения продолжительности слива антраценовой фракции из 3 четырехосных цистерн в теплый период года при содержании кри- сталлизующихся компонентов 16 %, первоначальной высоте уровня взлива продукта в цистерне 224 см, продолжительности доставки 3,5 сут, продол- жительности подготовительных операций 6,1 мин, заключительных опера- ций 3,6 мин, продолжительности слива жидкой фазы 12 мин можно при- менить следующий порядок расчета.

1. Высота осадка, образовавшегося в цистерне за время перевозки, определяется по формуле

где h – удельная интенсивность образования осадка см/час·м; ТТ – продолжительность транспортирования, ч;

hn – первоначальная высота уровня взлива продукта в цистерне, м. Для данного продукта интенсивность образования осадка определя-

ется по следующей эмпирической формуле

149

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

2. Время удаления осадка из цистерны рекомендуемым способом для данного продукта при давлении теплоносителя в размывочном устройстве 0,25 – 0,4 МПа и его температура 100 ° С определяется по эмпирической формуле

tу.о = 42,917 + 1,625·Н + 0,008·Н2 = 42,917 + 1,625·43 + 0,008·432 = 127,7 мин.

Продолжительность слива антраценовой фракции из железнодорож- ных цистерн определяется по (10.2)

Т = 3 6,1 + 12 ± 127,6 + 3 3,6 = 168,7 мин.

Задание для практических занятий

1. Для определения продолжительности слива жидкого нефтяного па- рафина из железнодорожной цистерны типа 25 в холодный период года дальности транспортирования S = 210 км, продолжительности подготови- тельных операций 8,6 мин, заключительных 3,6 мин, продолжительности слива жидкой фазы 16 мин, максимальной температуры застывания 25,6 ° С.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Слив нефтепродуктов из резервуаров и транспортных емкостей под избыточным давлением

Цель работы – определение степени сокращения времени слива нефтепродуктов под избыточным давлением по сравнению с само- течным сливом из резервуаров и транспортных емкостей.

Теоретическая часть

Одним из способов сокращения времени слива нефтепродуктов из железнодорожных цистерн, резервуаров и других транспортных емкостей является создание избыточного давления в цистерне. Для этой цели под герметично закрытую горловину цистерны под избыточным давлением вводят воздух, который нагнетается компрессором по специальному воз-

150