Тема 9. Трубопроводный транспорт.

Лекция

Вопросы:

Развитие, особенности работы, основные элементы технологии, управления, существующие проблемы и перспективы на будущие трубо­роводного транспорта.

1. Краткая история развития.

Трубопровод как средство перемещения жидкостей известен с древних времен (Римский водопровод).

В настоящее время трубопроводный транспорт широко применяется для перемещения различных продуктов производства как жидких так твердых (в небольших количествах). Газопроводы являются един­ственно возможным видом транспорта для передачи в массовых коли­чествах газа на дальние расстояния.

Считается, что первый нефтепровод длиной 6,5км был построен в 1865г в США. В России первый нефтепровод был сооружен в 1872г, по которому перекачивалась нефть на расстояние 10км с Балахан­ских промыслов на Бакинский завод (диаметр трубы был 100мм). В 1907г - керосинопровод Баку - Батуми 883км (диаметр 200мм). Что касается газовой промышленности, то в царской России вообще ее не было, природный газ не забывался. В Петербурге имелся только один небольшой завод, вырабатывавшийся газ уже, привозимого из Англии. газ был проведен только в 3000 квартир.

До Великой Отечественной войны был построен ряд нефтепрово­дов: Грозный-Туапсе (644 км), Баку-Батуми (823 км) - вторая нит­ка, Армавир-Трудовая (880 км), Гурьев-Орск (709 км), Ишимбая-Уфа (168 км), Махачкала-Грозный - общей протяженностью более 3000 км.

В период В.О.в. были построены нефтепроводы Астрахань-Саратов 9650 км) и Оха (о. Сахалин)-Софийск (390 км), который в дальнейшем был проложен до Комсомольска-на-Амуре еще на 255 км.

После войны в связи с интенсивным развитием нефтедобывающей и газодобывающей промышленности, построены нефтедобывающие заво­ды в различных районах страны. К этому периоду относится начало формирования современной крупномасштабной трубопроводной сети в СНГ. Необходимо было связать трубопроводами Западную Сибирь, Урал, промыслы Каспия с центральными районами страны с Западной Европы.

Наиболее крупными объектами строительства явились Трансси­бирский нефтепровод Туймазы (в Татарии) - Омск - иркутск протяже­нностью 3700 км, нефтепровод "Дружба" Альметьевск (в Татарии) - Модырь (в Белоруссии) с ответвлением на Брест - Варшаву - Шведт (в ГДР) и на Ужгород - Братислава - Будапешт, общая протяжен­ность - 5116 км; из них по СНГ - 3тыс.км, по Чехославакии ­836км, Польши - 675км, Венгрии - 123км, Германии - 27км.

В создании газопроводной сети основное значение имели строительство и ввод в действие магистральных газопроводов Сара­тов-Москва (788 км); Ставрополь-Москва (1264 км); Бухара-Урал (свыше 2тыс.км).

В 1967г введен в строй первый экспортный газопровод "Брат­ство" (из Западной Украины в Западную Словакию и дальше по УССР ­540 км).

За последние годы сданы в эксплуатацию ряд нефтепроводов наиболее протяженный Уфа - Омск - Иркутск ў 4000 км с большим диаметром труб. Транспортировка нефти по трубопроводу обходится в 5-6 раз дешевле, чем по ж.д. Газопровод Уренгой - Помара - Ужго­род протяженностью 4451 км.

2. Организационная структура и управление трубопроводным транспортом.

Трубопроводный транспорт в настоящее время находится в веде­ние: Министерства нефтеперерабатывающей и нефтехимической промыш­ленности, Министерства газовой промышленности.

По территориальному расположению отдельные газопроводы и нефтепроводы организованы в производственные объединения: напри­мер "Саратовтрансгаз".

Министерство нефтеперерабатывающей и нефтехимической промыш­ленности включает в себя территориальные управления магистральных нефтепроводов, например Приволжье, Черного моря, Сибири и т.д.

3. Техническое оснащение трубопроводного транспорта. Виды трубопроводов.

Элементами технического оснащения трубопроводного транспор­та являются:

1. Собственно трубопровод, представляющий собой магистраль из труб сваренных и изолированных с устройствами электрозащиты и линиями связи.

2. Компрессорные и перекачечные станции для транспортировки жидких и газообразных продуктов по трубопроводу.

3. Линейные узлы, представляющие собой устройства для соеди­нения или разъединения магистралей и перекрытия отдельных учас­тков при ремонте.

В состав технического оснащения входит также различные сооружения подогрева, обезвоживания и т.д.

Трубопроводы разделяются на нефтепроводы, нефтепродуктопро­воды и газопроводы. Получает развитие также универсальный трубоп­роводный транспорт.

Рассмотрим более детально виды трубопроводов.

1. Нефтепроводы . Трубопроводы строятся магистральные, промысло­вые, подводящие.

Магистральные - для транспортировки нефти из районов добычи на нефтеперерабатывающие предприятия, а также на перевалочные базы, расположенные в ж.д., речных и морских пунктах налива, или на головные перекачивающие станции.

Промысловые - заводские и нефтебазовые трубопроводы предназначены для внутренних перекачек.

Подводящие - для транспортировки нефти с промыслов на голов­ные сооружения магистральных нефтепроводов, и нефтепродуктов с перерабатывающих заводов на головные нефтепродуктопроводы.

Перекачка жидкости осуществляется мощными насосами. В неф­тепроводах для снижения сопротивления и последствий трения жид­костей о стенки труб их поверхность покрывают пластиками, смола­ми, смазывают спиртом и т.п.

Трубы укладывают в траншеи глубиной до 2,5м, предварительно обработанные или покрытые антикоррозийными материалами (битум, полихлорвинил, асбест и т.п.).

Наибольшее применение в нашей стране получили электросвар­ные прямошовные трубы диаметром от 520 до 1020мм.

Показателями работы нефтепроводного транспорта являются:

1) Пропускная способность - количество продукта, которое может перекачено по трубопроводу за 3 единицы времени (за сутки, год) в установленном режиме. Это определяется скоростью потока, который зависит от мощности перекачечных станций и диаметра труб.

При диаметре труб 200, 720 и 1020мм пропускная способность составляет соответственно 1, 15, 45. Допускаемое давление в тру­бе 64-75 атм., расстояние между перекачечными станциями от 100 до 300км.

2) Производительность трубопроводов - это реально количес­тво продукта, перекачеваемое трубопроводом за некоторое определенное время по одной линии (сутки, месяц, год).

2. Газопроводы - единственно возможный вид транспорта для передачи газа в массовых количествах на дальние расстояния.

Газопроводы подразделяются на:

магистральные - газ подается от места добычи или производ­ства на большие расстояния до газораспреде­лительных станций.

местные - снабжающие населенные пункты и отдельные предприя­тия.

Магистральные газопроводы укладываются в землю траншейным методом, как правило, на глубину не менее 0,8м. В местах, где нет проезда транспортных и других машин - 0,5м. В отдельных случаях газопроводы прокладываются на эстакадах и даже по поверхности земли.

К магистральным относятся также газопроводы, соединяющие от­дельные газовые промыслы. Магистральные газопроводы в зависимос­ти от газа в них подразделяются на три класса:

I класс - высокого рабочего давления - свыше 25 атм/см 2 ;

II класс - среднего рабочего давления - от 12 до 25 атм/см 2 ; III класс - низкого рабочего давления - до 12 атм/см 2 включительно.

При строительстве газопроводов применяются трубы того же диаметра, как и при сооружении нефтепроводов.

Магистральные газопроводы также состоят из комплекса соору­жений:

- линейной части, куда входят собственно трубопровод и ли­нии связи;

- дорог, зданий, сооружений, обеспечивающих перекачку газа и эксплуатацию трубопровода;

- компресорных станций для сжатия газа;

- газораспределительных станций;

- газорегулировочных пунктов;

- одоризационных установок (для придания газу резкого запаха); - установок для очистки и сушки газа.

В качестве движущей силы для перекачки газа используются их естественное давление, давление, создаваемое компрессорами на промежуточных компрессорных станциях, сооружаемых через 100-150 км.

3. Универсальный трубопроводный транспорт - для транспорти­ровки более широкой номенклатуры грузов, не только жидких.

Все большее значение приобретает использование трубопрово-

дов для транспортировки угля, руды, строительных материалов, шла­ков. Для этого применяются гидравлические и пневматические мето­ды перемещения грузов без применения или с применением спе­циальных капсул (контейнеров). Данный способ транспортировки об­ладает высокой экономичностью.

Гидравлический метод применяется в нашей стране при углубле­нии рек, в черной и цветной металлургии. В потоке воды по трубам перемещают грунт, отходы руды, зола, шлаки и т.д. Протяженность такой разновидности трубопроводного транспорта составляет в нас­тоящее время ў 2000 км. С помощью гидравлического метода ежегод­но перемещается > 9млн.т угля.

Пневматический метод позволяет перемещать пылевидные, порош­кообразные грузы.

Сейчас ведется экспериментальная проверка целесообразности транспортирования сыпучих грузов с помощью трубопроводов. На нес­кольких объектах страны вводятся опытно- промышленные установки капсульных пневматических трубопроводных систем.

3. Технико-экономические особенности трубопроводного тран­спорта.

К основным достоинствам трубопроводного транспорта относятся: 1. возможность повсеместной прокладки труб сравнительно короткие сроки;

2. малая зависимость работы от климатических условий;

3. относительно небольшие трудоемкости доставки груза и его потери; 4. низкая себестоимость транспортировки (в 2 раза ниже, чем по водным путям, и в 3 раза ниже, чем при перевозках по ж.д.);

5. непрерывность транспортного процесса доставки груза на большие расстояния.

Быстрое развитие трубопроводного транспортирования нефти дает возможность снять большой объем перевозок с железных дорог. 6. сохранность нефтепродуктов благодаря полной герметизации процесса транспортировки;

7. полная автоматизация операций по наливу, перекачке и сливу нефти и нефтепродуктов;

8. меньше, чем на других видах транспорта, капиталовложения, рас­ход металла;

9. отсутствие, при соответствующей изоляции отрицательного воз­действия на окружающую среду.

Недостатки трубопроводного транспорта.

1. Узкая специализация.

Еще не решена проблема и не организовано широкое применение трубопроводного транспорта для перекачки нефтепродуктов (кероси­на, бензина, дизельного топлива, мазута, масла).

2. Необходимость непрерывного поступления груза. Требуется, нап­ример, устойчивый мощный поток нефти.

4. Научно-технические проблемы и перспективы развития тру­бопроводного транспорта.

СНГ располагает одной третью мировых запасов газа. Газ яв­ляется одним из наиболее экономичных видов топлива как для про­мышленности, так и для бытовых нужд.

В настоящее время промышленность потребляет примерно 85% всего добываемого газа. Остальное количество идет на комму­нально-бытовые нужды. Более 80% добываемого газа транспортирует­ся на дальнее расстояние.

Строятся пять новых магистральных газопроводов большой про­тяженностью для транспортировки газа из Западной Сибири и среди них супергазопровод Западная Сибирь - Западная Европа, по кото­рому газ будет подаваться в Германию, Францию, Италию и другие страны.

Дальнейшие наращивание сети трубопроводного транспорта ос­тается серьезной научно-технической проблемой, поскольку пред­стоит вести строительство новых линий в сложных топографических, геологических и климатических условий.

Кроме этого необходимо решать ряд задач, которые включают в себя:

1. Повысить качество строительства трубопроводов и обеспе­чить надежность их работы;

2. Значительно увеличить производительность вновь сооружае­мых газопроводов, автоматизировать работу компрессорных станций;

3. Создать крупные, подземные хранилища газа в потребляющих районах;

4. Внедрить технологию круглогодичного строительства трубоп­роводов в труднодоступных районах.

Однако для дальнейшего развития трубопроводного транспорта предстоит решить целый ряд проблем научно-технического характера, основными из которых являются следующие.

1. Дальнейшее наращивание сети трубопроводов.

Особенностью данной проблемы является необходимость строи­тельства в крупных масштабах в различных климатических, геологи­ческих и топографических условиях. В связи с этим необходимо ре­шать технические задачи в конкретных условиях и обеспечивать вы­сокие темпы строительства.

2. Повышение пропускной способности трубопроводов.

Эта проблема решается с учетом физических свойств процесса перемещения жидкостей и газа по трубам. Известно, что пропус­кная способность трубопроводов прямо пропорциональна диаметру тру­бы и давления в трубе и обратно пропорциональна длине трубопрово­да, вязкости и объемному весу жидкости. Этим же закономерностям, в основном подчиняется и процесс перекачки газа.

В связи с этим перспективным является применение в трубопро­водном транспорте труб большого диаметра.

В последние время для магистральных нефте- и газопроводов применяют трубы диаметра 1420 мм и используют высоконапорные на­сосы, развивающие давление 75 атмосфер. В перспективе применения труб диаметром в 2000-2500 мм и повышение давления до 100 атм. и более. Пропускная способность нефтепровода в год:

для d = 520мм - 8 млн.т

d = 720мм - 15 млн.т

d = 1020мм - 45 млн.т d = 1420мм - 75 млн.т d = 2000мм - 100 млн.т

Однако применение труб больших диаметров ставит новые зада­чи, появляются новые трудности в строительстве и разработке тех­нологических процессов.

За счет увеличения давления в трубах также можно повысить пропускную способность. Это требует более прочных труб, более мощных компрессорных установок. Сварные многослойные трубы d 1220 - 1420мм рассчитаны на давление 120 кг/см 2 .

В последнее время применяется перекачка сжиженного газа для повышения пропускной способности (в 1,5-2 р.), изучается возмож­ность транспортировки газа в твердом виде.

3. Обеспечение долговечности труб.

Для этого разрабатываются различные материалы и методы пок­рытия труб. В настоящее время широкое распространение получает покрытие труб эпоксидными смолами при изготовлении, что надежно защищает их от коррозии.

4. Важной проблемой является телемеханизация и автоматиза­ция управления работой трубопроводов.

Решение этой проблемы наряду с высвобождением людей от вах­ты на промежуточных перекачивающих станциях позволяет:

- повысить производительность трубопроводов;

- минимизировать расход топлива и энергии;

- обеспечить предупреждение аварий и сбоев в работе.

Учитывая преимущества трубопроводного транспорта, его высо­кую эффективность, все больше уделяется внимание его развитию с целью расширения его возможностей по перемещению различных видов грузов, например, для передачи жидкого и газообразного кислоро­да, аммиака, кислот, продовольственных продуктов, в частности, молока.

Мы уже говорили о возможности перекачки твердых тел (грузов). Однако перемещение твердых грузов приводит к более быс­трому износу труб за счет трения.

Есть проекты замены металлических труб пластмассовыми и же­лезобетонными.

Первый газопровод Саратов-Москва был построен из труб диа­метром 300мм, а теперь газовые магистрали сооружаются из труб в 1420мм, производится в 60 раз больше.

Нефтепровод d 1200мм - пропускает 80 - 90млн. тонн в год. Низкие скорости движения: нефть V = 7-8 км/ч,

газ V = 30-35 км/ч.

Трудно повысить скорость из-за турбулентного, хаотичного ха­рактера потока в трубопроводах. Турбулентность представляет собой движения, при котором происходит перемешивание, перемещение час­тиц по самым беспорядочным траекториям.

Предложения: 1) перемещать газ и нефть в контейнерах, при этом нет потерь, увеличивается скорость, уменьшаются энергозатраты;

2) охлаждать газ на компрессорных станциях ниже температуры окружающей среды;

3) превращать газ в твердую фазу (кристаллогидраты), снеж­ную крупу, которую можно грузить в контейнер. После доставки, опускать контейнеры с твердым газом в аппараты наполнить горячей водой.

При транспортировке газа в контейнерах по трубопроводах производительность может быть увеличена при том же d и давлении.

Пневмотранспорт

Первая отечественная система контейнерного транспорта "Ли­ло -1" - перевозит гравий и песок - установкой управляет один че­ловек. Японская фирма "Сумитома" купила у нас лицензию на новый вид транспорт. Колеса контейнеров покрыты слоем резины, трубопро­вод не изнашивается, система работает бесшумно. Можно применять их в городе.

Планируется транспортировка различных видов грузов: сырье, готовая продукция, с/х продукты, почтовые отправления, бытовые отходы и т.д. (в контейнерах).

Преимущество трубопроводных контейнеров в том, что все про­цессы в них полностью механизированы и автоматизированы.

Японцы мечтают все грузы в городах транспортировать по под­земным контейнерным системам, а на улицах оставить только легко­вые автомобили.

На будущее: 1) контейнерный трубопровод на Курской магнит­ной аномалии (доставка руды из карьеров обогатительным фабрикам, а оттуда - рудный концентрат к металлургическим заводам).

2) Керчеснкие железорудные месторождения и металлургические заводы в г.Жданов (подводный контейнерный трубопровод, проложен­ный по дну Азовского моря).

3) Контейнерный трубопровод для доставки руды с Горского месторождения в Сибири на металлургические заводы в города Сво­бодный и Зея.

4) Применение контейнерных трубопроводов в зерновых районах Казахстана (70 токов, надо проложить около 700 км трубопроводов ­но это уменьшит в 5 раз затраты на перевозку зерна).

5) подача комбикормов на фермы, доставка сахарной свеклы на завод Белгородской области.

Вблизи Волоколамска, под Москвой сооружена мощная контейнер­но-трубопроводная система для транспортировки гравия. В год пере­возится ў 8млн. тонн строительных материалов. Такой системы нет еще в мире. Управляет системой диспетчер с пульта. Эта система видимо будет продолжена до Москвы и до Клима, что позволит улуч­шить снабжение Москвы и московской области строительными материа­лами.

Проблема удаления бытовых отходов из городов. В подземных системах, абсолютно герметичных, можно удалить отходы, упаковы­вая их в контейнеры, и отправляя по трубопроводам на обрабатываю­щую фабрику. Такая система уже спроектирована специальным КБ "Транспрогресс" Главнефтеснаба РСФСР. Имеется в виду продолжить трубопроводы от каждого дома до мусороприемных камер. По команде с диспетчерского пункта поднимаются заслонки, отделяющие стояки подъездов дома от камер. С помощью вакуума камеры очищаются в считанные секунды, и отходы, подхваченные потоком воздуха, посту­пают на центральный сборный пункт. Здесь мусор уплотняют, брике­ты грузят в контейнеры, которые затем по трубопроводам попадают на фабрику, расположенную за городом.

Первая очередь такой системы создается в Ленинграде.

Перевозка пассажиров: США предложило подземную трубопровод­ную систему, в которой составы будут мчаться со скоростью свыше 900 км/ч (сжатым воздухом).

Гидротранспорт углей - по трубопроводу уголь переносится в виде суспензии.

Трансальпийский трубопровод от порта Триест (Италия) через Альпы по территории Австрии в район Ингольдштата (ФРГ) с отводом к нефтеперерабатывающим заводам в Баварии и в районе Вены d ­1000-1050 мм производительностью 54 млн.т/год. Поскольку трубоп­ровод в средней части проложен в тяжелых горных условиях и прохо­дит через тоннели общей длиной около 7км; стоимость его оказа­лась высокой. Длина 480км, 11 насосных станций.

Для снижения расходов на транспортировку нефти из стран Ближнего Востока в страны Западной Европы организована смешанная схема перевозки. Т.к. Суэцкий канал позволяет пропускать танкеры q только до 80 тыс.т, вдоль Суэцкого канала проложен двухниточный нефтепровод L = 340 км, d = 1060 мм.

Перед входом в канал в порту Суэц производят слив нефти из супертанкеров от q=120 тыс.т до 170 тыс.м 3 , а налив в супертанке­ре производят в Средиземном море в порт Александрия.

Развитие нефтепроводного транспорта в СССР и США идет уско­ренными темпами. Себестоимость перекачки нефти по нефтепроводам в СССР в последние годы снизилась на 15-20%, себестоимость США ос­талась без изменения.

Нефтепроводный транспорт СССР по темпам развития не усту­пает нефтепроводном транспорту в США. Дальнейшее развитие идет по пути увеличения сети трубопроводов большего диаметра, совершен­ствования технических средств, внедрения автоматизации.

Нефтепроводы стран Западной Европы, как правило, подают нефть от морских портов, куда она доставляется танкерами из стран Ближнего Востока и Африки, к нефтеперерабатывающим заводам, расположенных в районах потребления нефтепродуктов.

В настоящее время построены магистральные трубопроводы, об­служивающие нефтеперерабатывающие заводы нескольких стран: Фран­ции, Италии, Швейцарии и ФРГ. Из наиболее значительных нефтепро­водов следующие:

Северо-Западный - от Вильгельмсхавена до Весселинга, с отво­дом к заводу в Руре общей протяженностью с отводом 384 км d=620 мм, производительностью 17,5 млн. т/год.

Южно-Европейский трубопровод от порта Марсель к нефтеперера­батывающим заводам в Восточной Франции и на юге ФРГ протяженнос­тью 780 км, d=900мм, расчетная производительность 30-34 млн. т/год.

Центрально-Европейский трубопровод от Генуи (Италия) до Эче­мя (Швецария) и далее до Ингольдштадта (ФРГ) протяженностью 650км, производительность 8 млн. т/год.

США

За рубежом наиболее широкое развитие нефтепроводный транспорт получил в США. Нефтепроводный транспорт служит для транспортиров­ки нефти, добываемой не только в США, но и поставляемой из дру­гих стран, а также для транспортировки продуктов переработки неф­ти. Основным районом добычи нефти в США является побережье Мекси­канского залива, где сосредоточена основная часть запасов нефти: в штате Техас - 32%, в Луизиане - 13%6 Калифорнии - 10%, Оклахо­ме - 4% и т.д. 30% запасов нефти страны сосредоточено на Аляске (всего добыча нефти 463 млн.т. (1980г)

экспорт 10.7 млн.т.

импорт 419 млн.т.

Основными поставщиками нефти в США является Канада (15%), Нигерия (17%), Иран (7%), Венесуэла (11,8%), Саудовская Аравия (14%), Индонезия (9%), Алжир (7%), Объединенные арабские эмираты (4%).

На трубопроводном транспорте транспортируется

нефть - 75% нефтепродуктов - 27%

на ж.д. - 0,2% 2%

на водном транспорте - 18% 22%

на автомобильном - 6,8 % 39%

У нас 95% нефти по нефтепроводам, остальное на ж.д. и реч­ном транспорте.

В США используются трубы меньшего диаметра, чем в СНГ (1220 мм) до этого одинаковые (в настоящее время 1420мм).

Нефтепровод Трансаляскинский, пересекает Аляску с севера на юг и предназначен для подачи нефти из месторождения Прадхо - Бей на север Аляски к незамерзающему порту на южном берегу Аляски ­Валдиз. Он проложен в районе сложных условий вечной мерзлоты. При строительстве были применены способы укладки трубопровода на сваях и в траншеях. Участки надземной прокладки трубопровода те­плоизолированы. На насосных станциях первой очереди установлены 24 газовые турбины мощность по 10 тыс.кВт. Топливом для первых четырех насосных станций служит газ, подавляемый по специальному газопроводу, остальные станции оборудуются установками, отби­рающими легкие газообразные фракции из нефти, которые и являются топливом для газовых турбин.

Управление работой всех станций дистанционное, осуществляе­мое с головной насосной станции. На головной станции построены резервуары, рассчитанные на 35200м 3 нефти.

На конечной станции в Вадще создана нефтебаза, состоящая из

18 резервуаров вместимостью по 80 тыс.м 3 нефти, что соответствует 10-ти суточной производительности нефтепровода. Резервуары уста­навливаются на высоте 120 - 150м над уровнем моря, что обеспечи­вает заполнение танкеров самотеком и позволяет загружать ежедневно 2-3 танкера.