книги / Нефтегазовое дело. Полный курс

14.7. Железнодорожный, водный и автомобильный тр а н с п о р т

диаметром около 1700 м, мол протяж енностью 3,5 км, грузовой н еф тепирс для двухсторонней ш вартовки судов и неф техранилищ е емкос­ тью 1,5 млн м3.

Экспорт неф ти м ож ет осущ ествляться на условиях C IF -поставок (в контракт на продаж у неф ти вклю чена стоимость ее доставки) и на условиях FO B -поставок (доставкой н еф ти зан и м ается покупатель). Крупные танкерны е ф лотилии имею тся у многих транснациональных нефтегазовых компаний. Собственные или арендованные танкеры стра­ хую т н еф тяников от р езки х колебаний ф р ахтовы х ставок: в 2002 г. ф рахт танкера по направлению Зап адн ая А ф рика— СШ А стоил 16 тыс. долл, в сутки, а в 2004 г. — у ж е 62 тыс. долл.

Транспортировка углеводородов является наиболее рисковой сф е­ рой нефтегазового бизнеса. В 2005 г. вступили в силу меж дународны е требования, согласно которым однокорпусные танкеры дедвейтом бо­ лее 20 тыс. т и возрастом более 23 лет запрещ аю тся к использованию . О стальные однокорпусные танкеры будут списаны до 2010 г.

А втом обильны й т р а н с п о р т прим еняю т д л я транспортирования неф тепродуктов и сж иж енны х углеводородных газов. Он использует­ ся для завоза неф тегрузов с распределительны х неф тебаз потребите­ лям, удаленны м от источников снабж ения на небольш ое расстояние. Автомобильные цистерны классиф ицирую т по вместимости (от 2 до 15 т) и по виду транспортируем ого продукта (топлива, масла, битумы, сж и ­

женны е газы).

Автоцистерны оснащ ены комплектом оборудования, включающ им патрубок для налива, ды хательны й клапан, у казател ь уровня топлива, быстродействую щ ую зад ви ж ку д л я слива, два ш ланга и насос с м еха­ ническим приводом. В нутри цистерны установлены продольные и по­ перечны е волнорезы для ум еньш ения ударного воздействия волн при движ ении автомобиля.

Возмож ны е схемы доставки неф тепродуктов потребителям следу­ ющие.

П ри использовании трубопроводного транспорта неф тепродукты поступают с Н П З на головную перекачиваю щ ую станцию и далее пере­ качиваю тся по магистральному трубопроводу (МТ). По пути следования производятся сбросы нефтепродуктов на пункты налива ж елезнодорож ­ ных цистерн либо на попутные нефтебазы . В конце МТ находится круп ­ ная неф тебаза, откуда неф тепродукты автоцистернам и доставляю тся потребителям .

Другой способ — налив неф тепродуктов в автоцистерны непосред­ ственно на Н П З и доставка груза потребителям . В этом случае исклю -

Э2 Глава 14. Специальные способы транспортирования неф ти

чается перегрузка неф тепродуктов с одного вида транспорта на дру­ гой. Однако, чем больш е дальность транспортировки, тем больш е неф ­ тепродуктов уходит на собственное потребление автоцистерн. Досто­ инством автотранспорта является вы сокая маневренность.

Ж елезнодорож ны й и водный способы транспортирования преду­ сматриваю т перевалку с одного вида транспорта на другой. П еревалка осущ ествляется с использованием резервуаров перевалочной нефте­ базы. В конце пути неф тепродукты поступаю т на распределительную неф тебазу, с которой они автотранспортом доставляю тся близлежащ им потребителям .

П оставка потребителям этилена — одного из основных продуктов неф техим ии — является слож ной задачей. Этилен переходит из жид­ кого состояния в газообразное при -103,4 °С. И зготовление и эксплуата­ ция автомобильных цистерн д ля перевозки этилена стоят дорого. Наи­ более сущ ественны ми ф акторам и затр ат являю тся энергоемкость про­ цесса сж иж ения этилена и его высокие потери при закачке в цистерны. П ри дальних п еревозках водитель грузовика долж ен периодически вы пускать часть этилена наруж у, чтобы тем самым охлаж дать остав­ ш ееся количество, иначе давл ен и е этилена опасно возрастет. Боль­ ш ая часть этилена тр ан сп о р ти р у ется по трубопроводам в виде очень плотного газа при тем п ер ату р е вы ш е кри тической (9,15 °С) и давле­ нии 5,0— 5,5 МПа. П ри этом потребители этилена чащ е всего распола­ гаю тся в непосредственной близости от производителей.

Для обеспечения надеж ной работы маш ин больш ое значе­ ние имеет периодический контроль их состояния при эксплуатацион­ ном обслуживании.

Для определения степени износа и обнаруж ения появивш ихся в про­ цессе изготовления или эксплуатации деф ектов деталей производятся различны е технические измерения.

Деф ект — это отдельное несоответствие того или иного и зделия или детали установленны м требованиям . Д еф екты бываю т явны ми и скры ­ тыми, критическим и и некритическими. П ри наличии критического де­

фекта использование детали по назначению невозможно.

По происхож дению д еф екты бываю т производственны ми и эксплу­ атационными.

К производственны м д еф ек там относятся: усадочные раковины — полости, образую щ иеся при остывании металла; неметаллические вклю ­ чения, попадающие в металл извне; неравномерность химического соста­ ва металла в отливках; волосные трещ ины , образую щ иеся внутри тол­ стого проката; закалочные трещ ины — разрывы металла в процессе закал­ ки. Сюда ж е можно отнести трещ ины в зоне сварного шва; непровары — отсутствие сплавления м еж ду основным и наплавленны м металлом, а такж е м еж ду отдельными слоями при многослойной сварке.

К эксп л у атац и о н н ы м д е ф е к т а м относятся: трещ ины усталости — разры вы в детали вследствие длительного действия высоких перемен­ ных напряж ений, которые возникаю т в м естах концентрации н ап ряж е ­ ний. Ш ирина раскры тия трещ ин усталости не превы ш ает нескольких микрометров. К эксплуатационны м деф ектам такж е можно отнести:

• коррозионны е пораж ен ия м еталла в р езу л ьтате химического и электрохим ического воздействия, м асш таб которы х зави си т от

агрессивности среды . К оррозия м ож ет быть сплошной, точечной, ячейковой;

•трещ ины ползучести, которы е возникаю т в м еталлах по границам зерен при вы соких тем пературах;

•терм ические трещ ины , возникаю щ ие при резкой смене температур, при недостаточной см азке и заеданиях поверхностей трущихся деталей;

•трещ ины -надры вы , возникаю щ ие при перегрузке деталей при ра­ боте в нерасчетном реж име.

Д еф екты геометрии трубы могут быть как производственными, так и эксплуатационными: вмятина; гофр — чередую щ иеся поперечные вы­ пуклости и вогнутости стенки трубы, приводящ ие к излому оси трубы. Эрозия, вмятина в прокате, риска, расслоение, утонение стенки трубы.

Э ксплуатация трубопровода при наличии опасных деф ектов допус­ кается при введении ограничений на реж им ы перекачки.

П ричинами деф ектов и разруш ен и я валов могут быть причины ме­ таллургического характера, когда им ею тся д еф екты в заготовках: по­ верхностны е и внутренние трещ ины , расслоения и разры вы вследствие м еханических и терм ических напряж ений, возникаю щ их при изготов­ лении прутков.

Наиболее опасными для возникновения усталостны х трещ ин явля­ ю тся сечения, в которы х изм ен яется диам етр вала (галтельные пере­ ходы) и шпоночные пазы в м естах посадки рабочего колеса на вал и под муфтой. Разруш ен ие вала м ож ет произойти под рабочим колесом под действием циклических нагрузок. М естом зарож ден ия трещ ин явля­ ю тся ш поночные канавки, где условия работы м атериала наиболее тя­ ж елы е.

Кроме перечисленных деф ектов сущ ествую т следую щ ие отклонения формы отдельных деталей от проектной формы: овальность, конусность, бочкообразность, изогнутость, неплоскостность. Сущ ествую т также от­ клонения относительного располож ения отдельных деталей в собранном узле: перекос осей и непараллельность, торцевое биение, несоосность. радиальное биение, несимметричность.

О б ъ екти вн ая и нф орм ац и я о техническом состоянии механизмов получается с помощью средств технической диагностики — информа­ ционно-измерительного комплекса, позволяющего анализировать и на­ капливать информацию . В основу количественной оценки технического состояния положен диагностический параметр. В качестве параметров могут использоваться: мощность на валу; давление; температура; па­ р ам етр ы ви б рац и и и т. д.

При диагностировании оборудования и трубопроводов использую т следующие важ ны е понятия.

Работоспособн ость — состояние м еханизм а или иного объекта, при котором он способен вы полнять свои функции.

О тк а з — событие, заклю чаю щ ееся в наруш ении работоспособнос­ ти механизма или иного объекта (понятие вероятностное).

Н еисправность — состояние объекта, при котором он не соответ­ ствует одному из требований техдокум ентации.

Б е зо тк азн о сть — свойство объекта непрерывно сохранять работос­ пособность в течение некоторого периода времени (времени наработки).

Долговечность — свойство м еханизм а сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе тех ­ нического обслуж ивания и ремонта (ТОР).

Срок служ бы — это все календарное врем я эксплуатации оборудо­ вания (например, насоса) до предельного износа.

Н адеж н ость — это свойство объекта вы полнять заданны е функции. Это главный качественны й показатель объекта. Основной показатель надежности — вероятность безотказной работы , которую назы ваю т функцией надеж ности.

В разны е периоды эксплуатации насосов частота (интенсивность) отказов разн ая (рис. 15.1 ). Зд есь три периода: I — приработки; II — нор­ мальной эксплуатации; III — старения.

X А

П рирода высокой интенсивности отказов (период I) заклю чается в неидеальности изготовления деталей и незам еченны х деф ектах.

Период внезапны х отказов II неустраним, их интенсивность невели­ ка до тех пор, пока износ деталей не достигает некоторой величины — после чего наступает период старения III.

Для оценки параметров надеж ности насоса необходимо вы брать эле­ мент, лимитирую щ ий надеж ность. Д ля насосов таким и элем ентам и яв ­ ляю тся торцовы е уплотнения (средняя наработка 3500 ч), щ елевы е уп­ лотнения (6300 ч), подш ипники (12 000 ч), валы (60 000 ч) Главный р е ­

зерв повы ш ения парам етров надеж ности насоса — повыш ение каче­ ства торцовы х уплотнений.

М еж ремонтны й ресурс насосного оборудования колеблется в пре­ делах 4000— 8000 ч. Около 30 % всех отказов падаю т на торцовые уплот­ нения валов, 15 % — на подш ипники, 9% — на маслосистему. Повышен­ ная вибрация вы зы вает до 10 % отказов. По вине персонала — до 12 %.

Основной причиной сниж ения КПД насосов (до 3 %) является износ щ елевого уплотнения и рост перетока неф ти из полости нагнетания во всасы ваю щ ий патрубок.

Пагубно на состоянии насосов сказы вается вибрация, при которых детали испы ты ваю т знакоперем енны е нагрузки и быстро разрушают­ ся. В первую очередь разруш аю тся подш ипники и соединительные муф­ ты. В ибрация ослабляет крепление узлов к ф ундам енту и узлов между собой.

Не сущ ествует маш ин с идеальны м качеством изготовления, поэто­ му невозмож но ликвидировать все процессы , вы зы ваю щ ие вибрацию насосов. Ц ентр масс ротора никогда не совпадает с осью вращ ения вала. Сила механического дебаланса является основным источником появле­ ния вы нуж денны х гармоник вибрации роторных машин. Рост амплитуд отдельных гармоник вибрации используется в качестве диагностическо­ го признака наличия дефектов. В 90 % случаев аварийной остановки на­ соса этому предш ествует резкое увеличение ам плитуды вибраций.

Диагностический метод эксплуатации оборудования сводится к со­ поставлению диагностического парам етра с допустим ы м значением. Вибрационная диагностика основана на использовании среднеквадра­ тичного значения виброскорости (м м /с), например, кры ш ки или кор­ пуса подш ипника.

Н еразруш аю щ ий контроль (НК) позволяет обнаруж ить дефекты и проверить качество деталей без наруш ения их пригодности к исполь­ зованию по назначению . П еречислим несколько сущ ествую щ их мето­ дов неразруш аю щ его контроля.

В изуально-оптический метод позволяет вы явить относительно круп­ ные трещ ины, механические повреж дения, остаточную деформацию.

К апиллярны й метод основан на увеличении контраста м еж ду дефек­ там и и бездеф ектны м м атериалом с помощью специальны х проникаю­ щ их жидкостей.

У льтразвуковой контроль позволяет определить координаты и пло­ щ адь деф екта. Щ уп долж ен плотно прилегать к поверхности изделия.

М агнитная деф ектоскопия основана на том, что деф екты изделий вы зы ваю т искаж ения магнитного поля, наведенного в изделии.

Гам м а-деф ектоскопия позволяет вы явить скры ты е деф екты с по­ мощью портативны х и м аневренны х приборов.

В аж нейш ими характеристикам и методов неразруш аю щ его контро­ ля являю тся чувствительность и производительность. Ч увстви тель­ ность определяется наименьш им и разм ерам и вы являемого деф екта. Выш еперечисленные методы позволяю т обнаруж ить трещ ины раскры ­ тием более 0,001 мм. Гам м аграф ический метод ф иксирует трещ ины , глубина которы х составляет 5 % от толщ ины детали.

Н еразруш аю щ ий контроль валов насосов и электродвигателей про­ водится с применением визуального, ультразвукового и магнитопорош ­ кового методов при входном контроле, так и при эксплуатации и ремон­ те. При этом вы являю тся поверхностны е и внутренние трещ иноподоб­ ные деф екты , раковины и другие наруш ения сплош ности материала. НК проводится через каж ды е 10— 16 тыс. ч наработки вала в зависим о­ сти от мощности и количества пусков насоса.

При выполнении послестроительной деф ектоскопии производится проверка:

•внутренней геометрии труб и состояние стенок после укладки и засы пки трубопровода;

•сплош ности изоляционного покры тия после его засы пки методом катодной поляризации.

Внутренняя геом етрия (вмятины и изгибы) проверяется пропуском калибровочного устройства (снаряда-проф илем ера) в потоке воды или воздуха. П ропуск осущ ествляется по технологии пропуска очистного устройства.

Вн у т р и т р у б н а я д еф ектоскоп и я проводится с целью обнаружения трещин и других деф ектов в стенках труб и сварных соединениях. Она проводится в потоке воздуха, природного газа или воды. Реж им работы компрессорной или насосной станции долж ен быть согласован со скорос­ тью перемещ ения снаряда (обычно используется скорость около 1,0 м/с). При увеличении скорости дефектоскопа он дает искаж енные данные.

О бнаруж ение деф ектов тела трубы осущ ествляется внутритрубной инспекцией с помощью снарядов-проф илем еров и снарядов-деф ектос-

копов. Обобщенно их назы ваю в н у т р и т р у б н ы м и инспекционны м и снарядами (ВИС).

ВИС — это интеллектуальны е инспекционные порш ни, имею щ ие стальной корпус и полиуретановы е диски. Внутритрубны е инспекци­ онные снаряды имею т опорные ролики и средства обнаруж ения типа «трансмиттер». И звестны случаи преодоления порш нями расстояний свыше 850 км без установки пром еж уточны х кам ер пуска-прием а.

Снаряд -проф илем ер — это электронно-м еханический снаряд, осна­

щенный ры чаж ны м и датчикам и, которые изм еряю т проходное сечение, полож ение сварны х ш вов, овальностей, вм ятин и гофров. Искривление оси трубопровода ф и кси руется индикатором поворота по взаимному полож ению осей двух секций проф илем ера. Пройденное снарядом рас­ стояние определяется с помощью изм ерительны х колес. П ривязка об­ наруж енны х деф ектов к определенны м сечениям трассы осуществля­ ется с помощью специальны х маркеров.

Для вн утренней деф ектоскоп и и прим еняю тся ультразвуковы е и магнитные сн аряды -д еф ектоскоп ы . Компью теризированное диагнос­ тическое устройство использует метод регистрации отраж енны х им­ пульсны х ультразвуковы х сигналов от внутренней и внеш ней поверх­ ностей трубы . П ри этом датчик погруж ен в поток нефти. Толщ ина стен­ ки определяется по врем ени зап азды ван и я второго сигнала. Кроме того,

сигнал отраж ается от несплош ностей в м еталле трубы .

Д ля более полного обследования необходимо комплексное диагнос­ тирование, основанное на различны х ф изических явлениях, потому что внутритрубны е и зм ерительны е снаряды не вы являю т напряженное состояние трубы .

С технической точки зрен ия техническая диагностика трубопрово­ дов вклю чает в себя следую щ ие действия:

• обнаруж ение деф ектов на трубопроводе;

• проверку изм енения проектного полож ения трубопровода, его де­ ф орм аций и напряж енного состояния;

• оценку коррозионного состояния и защ ищ енности трубопроводов от коррозии;

• контроль технологических парам етров транспорта продукта;

• интегральную оценку работоспособности трубопроводов, прогно­ зирование сроков служ бы и остаточного ресурса трубопровода.

Система комплексной диагностики линейной части трубопроводов б ази руется на использовании следую щ их методов контроля:

• статистических методов оценки эксплуатационных свойств элемен­ тов антикоррозийной защ иты и интенсивности отказов;

• диагностики состояния м еталла труб с помощью внутритрубных инспекционных приборов, а такж е м еталлограф ических методов оценки;

•диагностики электрохим ической и биологической активности сре­ ды на потенциально опасных участках трассы ;

•контрольной ш урф овки и периодических гидравлических переиспытаний потенциально опасных участков трубопровода.

Выбор интервала врем ени м еж ду изм ерен иям и диагностического параметра зави си т от его чувствительности к изм енению состояния объекта и от степени разви ти я деф екта. Та К процесс разруш ения под­ шипника качения от начала появления деф екта заним ает 2— 3 мес.

Д ополнительный деф ектоскопический контроль вклю чает иденти­ фикацию д еф екта, обнаруженного инспекционным снарядом. И денти­ ф икация д еф екта заклю чается в определении типа, границ и размеров дефекта. Контроль проводится персоналом, прош едш им обучение и а т ­ тестацию по методам неразруш аю щ его контроля.

15.2.КО Н ТРО Л Ь РА БО ТО С П О С О БН О С ТИ О БО РУ Д О В А Н И Я И Т РУ БО П РО В О Д О В

Оценка работоспособности и аттестац ия оборудования и ли ­ нейной части М Т заклю чается в установлении срока, в течение которо­ го гарантируется целостность и безопасная работа трубопровода при нормативных внутренних и внеш них нагрузках и воздействиях. Срок безопасной работы огран ичивается врем енем р азви ти я деф ектов до критических размеров. Д ля своевременного вы явления деф ектов протокится периодическое, обследование М Т .С оответствую щ ие зависимо­ сти для расчетов периодичности проведения диагностики определяю т­ ся нормативными документами.

Корпуса насосов и ком прессоров под леж ат контролю на наличие

трещ ин, коррозии, проверке состояния опор и плоскости горизонталь­ ного разъем а. О бнаруж енны е незначительны е трещ ины засверливаю т- ся по концам, а трещ ина заваривается.

Одна из опор корпуса центробеж ного ком прессора явл яется не­ подвижной, ф иксирую щ ей его полож ение. Д ругая опора явл яется под­ вижной, скол ьзящ ей по ш поночной канавке ф ундам ен тной плиты с целью ком пенсации тепловы х деформ аций- П ри повы ш енной вибра­ ции у подвиж ной опоры возм ож ен износ направляю щ ей ш понки и ее канавки. В этом случае зам еняю т ш понку, соблю дая все необходимые натяги и зазоры . О бнаруж енны е следы коррозии удаляю т ш абрением, поверхности скольж ения натираю т графитовой мазью.

П ри эксплуатации направляю щ их аппаратов и диф ф узоров встре­ чаю тся следую щ ие неисправности: повреж дения лопаток, задиры от задевания ротором при осевом сдвиге, коррозия или эрозия.

Д етали ротора центробеж ны х н агнетателей испы ты ваю т слож ны е н апряж ен ия от действия центробеж ны х сиД- Н еуравновеш енность ро­

тора вы зы вает во врем я вращ ен ия перем енны е нагрузки на его опо­ рах и изгиб.

После очистки поверхности ротора от отлож ений и следов коррозии вы являю тся возм ож ны е трещ ины . Особенно тщ ательно проверяю тся переходы от одного сечения вала к другому (галтели). Обычно в метал­ ле вала и рабочих колес возникаю т усталостны е трещ ины . Под деталя­ ми, посаж енны ми на вал с натягом, возникает ф реттинг-коррозия — как результат знакоперем енны х напряж ений на месте посадки.

О бнаруж ить неисправность, связанную с развиваю щ ейся трещиной на валу ротора, можно по амплитудно-частотной характеристике виб­ рации при выбеге. С развитием трещ ины ум еньш ается ж есткость вала и резонансная частота вибрации. С равнивая сущ ествую щ ую частоту вибрации с эталонной, можно обнаруж ить развиваю щ ую ся трещину.

П оказатели надеж ности агрегатов зависят от типоразмеров и часто­ ты пусков. Если за базу сравнения принять наработку на отказ насоса НМ 10000-210, то наработка на отказ насоса НМ 7000-210 будет в 2,4 раза больш е, а насоса НМ 1250-260 — в 3,3 раза больше. У насосов меньшей подачи и мощ ности надеж ность намного вы ш е, чем у агрегатов этой же серии, но более мощ ных.

Наиболее интенсивному износу подверж ены рабочие колеса насо­ сов в резул ьтате механического трения, эрозионного действия перека­ чиваемой нефти, коррозии и кавитационного разруш ения. Кавитаци­ онные явления возникаю т при местном понижении давления при обте­ кании тел с вы сокими скоростями. П адение давления ниж е значения, соответствую щ его тем пературе парообразования, приводит к перегре­ ву жидкости. К авитация в проточной части центробежного насоса мо­ ж ет происходить в резул ьтате больш их потерь на входе в насос, увели­ чения числа оборотов, отры ва или сж ати я потока. При кавитации пада­ ет напор и расход перекачиваем ой ж идкости, увеличиваю тся вибрация и шум, происходит эрозионное разруш ение м еталла.

Кавитация м ож ет возникать задолго до изменения напорных харак­ теристик насоса. Для исклю чения кавитации можно использовать предвключенные ш неки на входе в рабочее колесо, увеличивать диаметр вса­ сывающего трубопровода, повы ш ать давление на входе в насос, прибли­ ж ать насосную к резервуарному парку или заглублять подпорные насосы. П ри сильном кавитационном повреждении, когда образую тся сквозные отверстия или полное разруш ение лопастей, рабочие колеса заменяют.

О порные подш ипники скольж ения воспринимаю т вес ротора и пе­ редаю т ф ундам енту динамические переменные усилия от его вибрации. И х основной неисправностью явл яется подплавление заливки вклады ­