книги / Транспортировка нефти, нефтепродуктов и газа

1 f r t

Рис. 7.13. Схта протекторной защиты трубопровода:

1— контрольный вывод; 2 — кабели; 3 — трубопровод; 4 — протектор

ваются из металлов, обладающих в почвенной среде большим отрицательным электрохимическим потенциалом по сравнению с трубопроводом. В результате трубопровод превращается в катод без постоянного источника тока, который предусматривается в катодной защите.

При выборе материала протектора для защиты газопроводов необходимо, чтобы протектор давал высокий отрицательный потенциал, достаточный для защиты трубы, и чтобы в процессе работы протектор не покрывался окислами. От выбранного мате­ риала зависит КПД протектора. Материалами для изготовления протекторов могут быть цинк, магний, алюминий и их сплавы.

Протекторы изготавливаются различной формы методом литья. Цинковые протекторы изготавливаются обычно в виде толстых пластин, полос, стержней и полых цилиндров. Из магние­ вых сплавов в виде цилиндрической формы. Форма протекторов принимается из расчета увеличенного соотношения его объема к поверхности. В этом случае замена протекторов происходит реже. Размеры протекторов принимаются в зависимости от агрессив­ ности грунтов. Например, цилиндрические протекторы длиной 60 см и диаметром 10—12 см успешно работают и в сильно и в слабо агрессивных грунтах.

Отливки протекторов выполняются в цеховых условиях в опоке или кокиле. Перед отливкой в опоку или кокиль вставля­ ется контактное устройство — стальной стержень или стальная проволока в виде спирали. Длина стержня или спирали прини­ мается почти на полную длину (высоту) протектора с целью уве­ личения контактной поверхности. Конец стержня (проволоки) с контактным устройством выводится наружу опоки или кокиля. Поверхность готовой отливки подвергается механической обра­

342

ботке. Чистая и ровная поверхность протектора предохраняется от окисления слоем защитной смазки.

На трубопроводе контактное устройство в виде Г-образного стержня приваривается электросваркой к поверхности трубы во время монтажа трубопровода, а в процессе эксплуатации, как правило, с помощью термитной сварки.

Установка протекторной защиты

Протекторы устанавливаются в скважины. Бурятся скважи­ ны глубиной от 1,5 до 2,5 метров на расстоянии 3—4 метров от трубопровода. Диаметр скважины принимается с расчетом, чтобы между стенкой скважины и поверхностью протектора было кру­ говое пространство шириной 6—8 см. Дно скважины и свободное пространство между стенкой скважины и протектором заливается смесью солей, алебастра (гипса) и глины.

Для протекторов из магния и магниевых сплавов МЛ-4 смесь составляют из 30% сернокислого магния (Mg S04-7H20), 30 % гипса и 40 % глины.

Для цинковых протекторов обычно применяют смесь из 30 % серно-кислого натрия (Na2S04*10Н2О), 25 % гипса и 45 % глины.

Приготавливается смесь обычно в деревянных или стальных бочках. В залитую водой бочку при постоянном перемешивании сначала засыпают соль, затем гипс и в последнюю очередь глину. Смесь должна быть пастообразной.

Для защиты изолированного трубопровода в скважины уста­ навливается по одному протектору. Если трубопровод с сильно нарушенной изоляцией, то устанавливается несколько протекто­ ров, один за другим, а провода от них выводятся на контрольный вывод на поверхность земли.

Контрольные выводы от протекторов и трубопровода обычно устанавливаются в защитной трубе с герметичной крышкой.

7.4.3. Электродренажная защита

Электрическим дренажем называется организованный отвод блуждающих токов от трубопровода к источнику этого тока. На практике применяется три вида электрического дренажа: прямой, поляризованный и усиленный.

Прямой дренаж применяется в случаях, когда исключается стекание токов с рельсов или шины тяговой подстанции в трубо­ провод, так как его схема имеет двухстороннюю проводимость.

Поляризованный дренаж с односторонней проводимостью до­ стигается включением в схемудиодов. Как правило, подключается к рельсам дороги или к отсасывающим пунктам.

343

Раздел 8 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ ПЕРЕКАЧКА НЕФТЕПРОДУКТОВ

8.1.Общие сведения о технологии последовательной перекачки нефти и нефтепродуктов по трубопроводу

В первой половине XX века в нашей стране практиковалась совместная перекачка различных видов нефти, поступающих с разных месторождений по одному магистральному трубопрово­ ду. Соответственно эта смесь перерабатывалась на НПЗ по одной технологической схеме. В то же время раздельная переработка каждого вида нефти по специально разработанным для них тех­ нологиям позволяет улучшить качество получаемых нефтепро­ дуктов, увеличить объем выпуска масел, битумов и других ценных нефтепродуктов.

Одновременно в стране росла потребность в светлых нефте­ продуктах — бензинах, керосинах, реактивном топливе, дизель­ ном топливе, и расширении их ассортимента.

Эти факторы вызывали необходимость строительства спе­ циализированных нефтепроводов и продуктопроводов. Однако строительство таких трубопроводов было экономически невы­ годно по причине их высокой стоимости. Эта проблема была разрешена после разработки технологии транспортировки раз­ личных сортов нефти и нефтепродуктов по одному и тому же трубопроводу. Этот метод заключается в последовательной пере­ качке в виде отдельных следующих друг за другом партий нефти или нефтепродуктов. Поэтому такой способ перекачки получил название последовательной перекачки нефти и нефтепродуктов по магистральному трубопроводу. Трубопроводы для перекачки нефти стали называться нефтепроводами, а для перекачки не­ фтепродуктов — продуктопроводами.

Способ последовательной перекачки нефти и нефтепродук­ тов позволил сократить расходы на строительство множества параллельных ниток. А если учесть, что почти 90 % затрат при-

345

6

Рис. 8.1. Схема сети нефтепроводов:

1,2,3, 4, 5 —месторождения нефти; б— НПЗ.

— нефтепроводы с нефтеперекачивающими станциями

ходится на строительство линейной части трубопроводов, это позволило сократить колоссальные затраты на строительство трубопроводов. Второе существенное преимущество этого способа позволяло за счет экономии средств построить в стране широкую разветвленную сеть продуктопроводов от НПЗ до перевалочных и распределительных нефтебаз, атакже до предприятий —крупных потребителей нефтепродуктов.

Если сравнить сети специализированных нефтепроводов и продуктопроводов, то сеть последних отличается большей раз­ ветвленностью, так как охватывает большую сферу потребления. Она напоминает «кровеносную» систему организма страны.

Сетью же нефтепроводов объединяются нефтяные месторож­ дения и нефтеперерабатывающие заводы, которые размещаются в крупных промышленных регионах страны.

На рис. 8.1 и 8.2 показаны схемы сети нефтепроводов и про­ дуктопроводов.

К недостатку способа последовательной перекачки нефти и нефтепродуктов следует отнести образование смеси из различных сортов нефтепродуктов в зоне их контакта. Однако убытки от

Рис. 8.2. Схема сети продуктопроводов с перекачивающими станциями и потребителями

3 4 6

потери качества нефтепродуктов при образовании смеси и рас­ ходы на дополнительную ее переработку ничтожно малы по срав­ нению с капитальными затратами на строительство параллель­ ных ниток трубопроводов. Также при таком способе перекачки требуется строительство на головных НПС больших резервуар­ ных парков для создания запасов нефтепродуктов по полному ассортименту.

8.2.Образование смеси нефти

инефтепродуктов при последовательной перекачке по трубопроводу

Как было сказано выше, при последовательной перекачке в зоне контакта перекачиваемых нефтепродуктов образуется их смешение, в результате каждый сорт нефтепродукта в смеси теряет качество и по параметрам не соответствует требованиям ГОСТ.

Процесс образования смеси при последовательной перекачке можно разделить на два периода и, соответственно, смесь разде­ лить на две части — первичную и вторичную.

Образование первичной смеси. Первый период образования смеси — это время перехода перекачки с одного сорта нефти или нефтепродуктов на другой. Переход перекачки с одного вида не­ фтепродукта на другой происходит без ее остановки и осущест­ вляется одновременным манипулированием задвижек на двух резервуарах, где находятся разные виды нефтепродуктов. То есть смесь образуется в период, когда на одном резервуаре задвижка закрывается, а на другом открывается и когда продукт поступает в насосную станцию одновременно из двух резервуаров. Таким образом, период образования первичной смесиравен времени, необходи­ мому на закрытие задвижки на резервуаре с вытесняемым продуктом и открытие задвижки на резервуаре с вытесняющим продуктом.

Объем первичной смеси зависит от диаметра трубопровода, скорости потока и времени закрытия-открытия задвижек.

где К'м— объем первичной смеси, м3;

v — скорость потока жидкости в трубопроводе, м/сек; S — площадь поперечного сечения трубопровода, м2;

т — время открытия и закрытия задвижек на резервуарах, сек; d —диаметр трубопровода, м.

347

П рим ер. Определить объем первичной смеси в трубопроводе Ду-500 мм при скорости потока жидкости v=2 м/сек и времени пере­ крытия задвижек т= 5 мин,

Решение:

Головасмеси переместиться по трубопроводу на L = 2 • 5 • 60 = 600 м. Объем смеси составит: Кс'м = 600 • 0,785 • 0,52 = 120 м3.

Второй период образования смеси происходит в ходе после­ довательной перекачки. Главными причинами образования смеси

вэтом периоде являются:

—различные усредненные скорости потока по сечению

трубы;

—неравномерное распределение концентрации нефтепро­ дуктов в том же сечении трубы.

На объем смеси и процесс ее образования также влияют такие факторы как: диаметр трубы, скорость потока, вязкость, плот­ ность, время контакта нефтепродуктов в ходе последовательной перекачки, рельеф местности, регламент технологического про­ цесса перекачки и другие факторы.

Первые три фактора — диаметр трубопровода, скорость по­ тока и вязкость нефтепродукта — определяют режим движения жидкости — ламинарный или турбулентный, то есть число Рей­ нольдса.

где v — скорость потока в м/сек; d —диаметр трубопровода в м;

v — кинематическая вязкость жидкости в м2/сек.

Эти факторы имеют определяющее значение в процессе об­ разования смеси и ее объема. Поэтому объем вторичной смеси при последовательной перекачке может составить:

—при ламинарном режиме при низких скоростях потока и при других определенных условиях до 4+ 5 объемов всего трубопровода;

—при турбулентном режиме 0,5+1,0% объема трубопровода.

Процесс образования смеси при ламинарномрежиме

На рис. 8.3 показана эпюра образования смеси по длине трубопровода в зависимости от времени перекачки т. В первые минуты Т! и т2 замещающий продукт вклинивается в замещаемый по центру трубопровода. Поскольку скорости движения жидкости по сечению трубопровода разные, голова смеси принимает форму эллипсоида и движется по оси трубы.

Далее под действием гравитационных сил в смеси происходит

348

Рис. 8.3. Эпюра смеси нефтепродуктов приламинарномрежиме:

верхняяэпюра—когдаплотностьзамещающегопродукта меньшезамещаемо­ го; нижняя — когда плотность замещающего продукта больше замещаемого

процесс флотации (всплытие), при котором легкий нефтепродукт флотирует (вплывает) к верхней образующей трубопровода, а более тяжелый опускается к нижней образующей. Таким образом, в про­ цессе перекачки смесь принимает форму клина, длина которого непрерывно увеличивается в ходе перекачки. На рис. 8.3 верхняя эпюра показывает образование клина, когда замещающий про­ дукт имеет плотность меньше чем замещаемый. В этом случае клин образуется вдоль верхней образующей трубы. На нижней эпюре показан вариант, когда замещающий продукт имеет плот­ ность больше чем замещаемый, в этом случае клин образуется вдоль нижней образующей трубы. В обоих случаях клин может распространяться на очень большие расстояния.

В критический момент клин может подойти к конечному сечению трубопровода и начнется процесс «вымывания» вытес­ няемого продукта из трубопровода. В этот момент в резервуар будет поступать только смесь обоих нефтепродуктов. Процесс «вымывания» может быть затяжным, и, вполне понятно, допускать такого явления нельзя.

Отсюда можно сделать важный вывод:

— снижать скорость потока и останавливать процесспоследова­ тельной перекачки нефтепродуктов при ламинарном режиме движения нельзя, потому что это приведет к расслоению нефтепродуктов по всей длине трубопровода, процессу «вымывания» и образованию большого количества смеси.

349

Процесс образования смеси при турбулентномрежиме

При турбулентном режиме последовательной перекачки движения, так же как и при ламинарном, скорости потока про­ дукта по сечению трубы разные, но при этом еще поток движется с завихрением и турбулентным перемешиванием. То есть в этом случае, кроме гравитационных сил, действуют еще центробеж­ ные и центростремительные силы. Совокупность действия этих сил приводит к осевому движению головы смеси и к снижению скорости ее внедрения в вытесняемый нефтепродукт. По этим причинам объем смеси при турбулентном движении уменьшает­ ся в десятки раз, чем при ламинарном режиме, и составляет, как было сказано выше, в пределах 0,5—1,0% объема трубопровода. На практике последовательная перекачка нефтепродуктов с чис­ лом Re меньше 10000 не рекомендуется.

На рис. 8.4 показана эпюра смеси нефтепродуктов в трубо­ проводе при турбулентном режиме движения.

Так же как и при ламинарном, при турбулентном режиме движения нефтепродукта объем смеси подлине трубопровода за­ висит от времени контакта замещающего и замещаемого продук­ тов. Но при турбулентном режиме имеется еще одна особенность, связанная с концентрацией нефтепродуктов подлине смеси. Если условно разделить длину смеси в трубопроводе на четыре части (на рис. а, в, г, д), то соотношение количества нефтепродуктов распределится в следующем порядке:

—в части «а» содержание замещающего продукта будет больше замещаемого;

—в частях «в» и «г» соотношение замещающего и замещае­ мого будет примерно одинаковое;

—в части «д» содержание замещающего продукта будет меньше замещаемого.

Этот фактор способствует (об этом будет сказано ниже) при­ менять технологию, позволяющую уменьшить расходы на вос­ становление качества смеси нефтепродуктов.

350

Влияние вязкости па объем смеси

При последовательной перекачке нефтепродуктов, суще­ ственно отличающихся по вязкости, объем смеси увеличивается, так как увеличивается градиент гравитационных сил. Исследо­ вания последовательной перекачки нефтепродуктов с различны­ ми вязкостями показали также, что объем образующейся смеси продуктов зависит от порядка следования нефтепродуктов по трубопроводу. Если впереди движущийся (замещаемый) нефте­ продукт имеет меньшую вязкость, то объем образующейся смеси на 10—15 % больше, чем при обратном следовании нефтепродук­ тов. По закону действия гравитационных сил такого явления не должно происходить. Объяснить физическую сущность тако­ го процесса можно лишь трудностью растворения пленки более вязкого нефтепродукта, образующейся на внутренней поверхности трубопровода, менее вязким. Например, если впере­ ди движется по трубопроводу дизельное топливо, а за ним следу­ ет бензин, то на растворение или «смывание» пленки дизель­ ного топлива со стенок трубы расходуется дополнительное ко­ личество бензина, который при этом, соответственно, теряет качество.

Вязкость смеси при последовательной перекачке нефтепро­ дуктов, отличающихся по вязкости, изменяется с изменением концентрации нефтепродуктов в смеси.

Из сказанного следует сделать вывод:

— при составлении графика последовательной перекачки нефте­ продуктов необходимо предусматривать перекачку нефтепродуктов начиная с малой вязкости с последующим ее нарастанием.

Рекомендуется соблюдать следующую последовательность перекачки партий нефтепродуктов по трубопроводу:

•автомобильный бензин Аи-92;

•автомобильный бензин А-80;

•автомобильный бензин А-76;

•дизельное топливо летнее Л-1,0;

•дизельное топливо летнее Л- 0,5-40;

•дизельное топливо летнее Л-0,5-62;

•дизельное топливо летнее Л-0,2-40;

•дизельное топливо летнее Л-0,2-62;

•дизельное топливо летнее Л-0,2-40;

•автомобильный бензин Аи-92;

•автомобильный бензин А-80;

•автомобильный бензин А-76 и так далее, повторяя цикл

перекачки.

351