Особенности сооружения и эксплуатации трубопроводов

 

На трубопроводах большого протяжения через 80–150 км сооружаются промежуточные перекачечные и компрессорные станции. Например, на нефтепроводе "Дружба" перекачечные станции мощностью 7000 м³/ч были размещены через 80–100 км и питались электроэнергией специально сооруженной линии электропередачи. В качестве перекачечных агрегатов применяются поршневые или центробежные насосы.

В первых магистральных газопроводах поддерживалось рабочее давление 12–25 атм. (1,2–2,5 МПа). В последующем оно было повышено в несколько раз. Сейчас трубопроводы работают под давлением примерно 50–60 атмосфер. Скорость движения нефти в трубопроводе обычно достигает 1–1,5 м/с.

Под влиянием сопротивления движению давление в трубах сравнительно быстро падает. Потери напора в трубопроводе H могут быть определены по формуле

, (6.1)

 

где k – коэффициент трения; L – длина трубопровода, м; v – скорость движения груза в трубопроводе, м/с; g – ускорение силы тяжести, м/с²; d – диаметр трубопровода, м.

Сооружаемые на трассе и в конце газопроводной магистрали распределительные станции понижают давление поступающего к ним газа и подают его в распределительную сеть потребителям.

Трубопроводы в повышенных местах трассы имеют специальные устройства – вантузы для периодического выпуска скапливающегося здесь воздуха.

В пониженных местах профиля трассы устраиваются спускные осадочные колодцы для очистки трубопровода от песка и грязи.

Эксплуатация трубопроводов непрерывна, надежна и не зависит от времени года и климатических условий. Высокая герметичность трубопроводных каналов обеспечивает сокращение потерь нефти в 1,5 и 2,5 раза по сравнению с транспортировкой ее соответственно железнодорожным и водным транспортом.

К основным технико-экономическим особенностям и пре­имуществам трубопроводного транспорта относят:

· возможность повсеместной прокладки трубопроводов;

· массовость размеров перекачки; самую низкую себестоимость транспортировки (если принять среднюю себестоимость перевозок на транспорте за 100 %, то на трубопроводном транспорте она составит 30 %, на железнодорожном – 80 %, на автомобильном – 1600 %);

· полную герметизацию, что дает абсолютную сохранность качества и ко­личества грузов;

· полную автоматизацию операций по наливу, сливу и перекачке;

· меньшие капитальные первоначальные вложения;

· независимость от климатических условий, а также отсут­ствие отрицательного воздействия на окружающую среду при со­ответствующей изоляции и малочисленность обслуживающего персонала.

Удельный расход топлива на перекачку в 7 – 12 раз меньше, чем на перевозку железнодорожным транспортом.

Основной недостаток – узкая специализация по ви­дам грузов.

Из-за отсутствия операций погрузки и выгрузки дальность перекачки не оказывает заметного влияния на себестоимость транспортировки.

Главный фактор экономичности трубопроводов – массовость транспортируемых грузов, возможность концентрации грузопото­ков. Современные газопроводы только по одной линии могут транс­портировать в год 30 –40 млрд м³ газа, а нефтепроводы – более 100 млн т нефти.

Кроме нефтепродуктов, природного газа, по трубам транспортируют продукцию химической, нефтехи­мической, соляной, угольной, строительных материалов и других отраслей промышленности. Трубопроводный транспорт играет все более существенную роль в размещении производительных сил стра­ны, способствует индустриальному развитию экономических рай­онов, решению социальных задач.

В 1977 г. был построен рассолопровод Стерлитамак – Уфа длиной 150 км, обеспечивающий ежегодную транспортировку 600 тыс. м³ раствора поваренной соли от Баскунчакского месторождения.

Существуют два способа перекачки по одному и тому же трубопроводу разных жидкостей (нефти, керосина, бензина, мазута). Их можно разделить резиновыми или пластмассовыми шарами (последовательная перекачка) или транспортировать по разным пластмассовым шлангам, размещенным в трубопроводе.

Сегодня нефть и газ покрывают основную часть топливных потребностей народного хозяйства страны, при этом 85 % газа идёт на производство электроэнергии и энергетические нужды промышленности. Все это стало возможным потому, что параллельно с добычей прогрессивных видов топлива развивался их транспорт, особенно трубопроводный.

 

 

Научно-технические проблемы развития

Трубопроводного транспорта

 

Перспективные технологические возможности трубопроводного транспорта в основном определены. К ним можно отнести: тради­ционные способы транспортировки жидких или газообразных про­дуктов; транспортировку твердых продуктов в смеси с водой или другой жидкостью (гидротранспорт), а также в смеси с газом (пнев­мотранспорт); капсульные или контейнерные способы транспорти­рования сыпучих порошкообразных или гранулированных продук­тов, не допускающих контакта с жидкостями. Эти технологические возможности в настоящее время экспериментально проверяются с тем, чтобы в ближайшие годы трубопроводный транспорт шире ис­пользовался для доставки многих новых грузов.

Наряду с трубопроводами для транспортирования жидких углеводородов и природного газа расширяется сооружение трубопроводов для перекачки ряда других грузов. В их числе этилен, жидкий аммиак, раствор поваренной соли.

Небольшие по протяженности трубопроводы используются для транспортировки в виде пульпы твердых веществ: угля, руды, нерудных материалов. Однако создание таких трубопроводов ещё представляет серьезную проблему.

Транспортирование массовых сыпучих и пылящих грузов, включая зерно, цемент, известь и другие, осуществляется часто в потоке воздуха. Эти пневмопроводы имеют небольшое протяжение и используются для загрузки и разгрузки вагонов, судов, автомобилей в пунктах производства и потребления названных продуктов.

Дальнейшее наращивание сети трубопровода остается серьезной научно-технической проблемой. На будущее основной базой для добычи газа (наряду с Уренгоем и Медвежьим) станет Ямбург, откуда протянется 6 трубопроводов большого диаметра.

Остается проблемой пересечение трубопроводами крупных водных преград, хотя опыт здесь богатый.

В настоящее время свыше 98 % нефти и 100 % газа транспортируется по трубопроводам, но более половины нефтепродуктов – железнодорожным и частично водным транспортом с себестоимостью в 3–5 раз выше, чем по трубопроводам.

Одна из проблем заключается в повышении пропускной способности трубопроводов. Для этого необходимо применять трубы большого диаметра (1420 и 1620 мм) и повышать давление в трубопроводах. Зависимость провозной способности нефтепровода от диаметра трубы может быть проиллюстрирована следующими цифрами: при диаметре 720 мм – 15 млн т в год; 1020 мм – 45 млн т; 1420 мм – 75 млн т. Ранее построенные трубопроводы работают под давлением на входе 50–56 атм (5–5,5 МПа). Новые магистрали рассчитаны на 75 атм (7,5 МПа).

Удельные капитальные вложения снижают­ся при увеличении диаметра. Например, использование труб диа­метром 1420 мм дает уменьшение капиталовложений на 20 %, а по эксплуатационным расходам – на 30 % от уровня затрат при диаметре 1020 мм.

На 1 км газопровода диаметром 1420 мм идет примерно 700 т труб. Перед металлургами стоит задача создания особо прочных и тонкостенных труб.

С целью повышения пропускной способности газопроводов разрабатывается метод перекачки охлажденного до минус 70–75^о С газа, а также сжиженного газа по теплоизолированным трубам.

Непростую задачу представляет расширение сети продуктопроводов с обеспечением первоначального и промежуточного подогрева вязких продуктов. Уже имеется "горячий" нефтепровод Мангышлак – Украина протяженностью 2500 км, по которому транспортируется нефть с температурой плюс 50^о С.

Пока остается не до конца решенной проблема предохранения труб от внешней и внутренней коррозии из-за химической активности транс­портируемого груза. Изоляция внутренних поверхностей повы­шает пропускную способность на 5–8%, но удорожает общую стоимость труб. В крупных городах проблема коррозии усугубля­ется блуждающими токами. В России ежегодно из-за коррозии теряется до 15 млн т стали.

Трубы от коррозии защищаются различными методами, в ча­стности, битумно-бумажным покрытием, полимерными пленка­ми с защитными обертками, эпоксидными и лакокрасочными пленками, пенополиуретаном и др. Самым надежным является эмалирование, но в связи с его дороговизной применяется до­вольно ограниченно, в основном в городах. За рубежом приме­няют полиэтиленовые покрытия на предварительно нанесенный клеевой состав из бутилкаучука или покрытия на основе эпоксидных смол, обладающих высокой прочностью и стойкостью к повышению температуры, а также многослойные покрытия из полиэтиленовых и поливинилхлоридных лент на бутилкаучуковой грунтовке. Для внутренней изоляции приме­няют лакокрасочные покрытия на основе эпоксидных полиуретановых смол и цементно-песчаные покрытия.

Одной из важнейших задач является обеспечение безаварийности функционирования жидкостных и газовых трубопроводных систем. Требует дальнейших разработок телемеханизация и автоматизация управления работой трубопроводов.

В странах СНГ разрабатываются и осуществляются проекты трубопроводов, по которым грузы перемещаются в виде гидро- и пневмосмесей, капсул, в специальных контейнерах. В Кузбассе, на­пример, от шахт Юбилейная и Инская к Беловской ГРЭС проложе­ны углепроводы. Миллионы тонн топлива доставляются по ним го­раздо быстрее и с меньшими затратами, чем другими видами транспорта. Чтобы снизить потребление энергии, уменьшить износ труб, увеличить расстояние доставки грузов, используется специально подготовленная мелкодисперсная пульпа. И хотя скорость движе­ния пульпы невелика, зато такой способ более экономичен, обо­рудование изнашивается значительно меньше.

Трубопроводный транспорт эффективен, естественно, не только для перевозки угля. Разработаны проекты трубопро­водов для доставки железорудного концентрата с Лебединского горно-обогатительного комбината на фабрику окомкования Оскольского электрометаллургического комбината, руды с горнорудных предприятий Кривбасса на металлургические заводы Приднепровья и Донецкой области, с Соколовско-Сарбайского горно-обогати­тельного комбината на Магнитогорский металлургический комби­нат и др.

По трубопроводам можно перемещать не только гидропульпу, но и контейнеры по принципу пневмопочты. Гидро- и пневмотрубопроводы для транспортировки твердых материалов особенно пер­спективны при создании единых технологических комплексов до­бычи, доставки и использования сырья. Перспективным направ­лением развития трубопроводов является использование контей­неров-капсул, которые можно перемещать не только по трубам, но и наземным и водным транспортом.

Трубопроводный транспорт используется для перемещения твердых сыпучих грузов, например, угля, щебня, других строитель­ных материалов, бытовых отходов в крупных городах и др. Трубоконтейнерный транспорт начал использоваться для транспортировки сыпучих грузов, бытовых и промышленных отходов, сельскохозяй­ственных и других грузов. Использование этого вида транспорта позволяет разгрузить железные дороги от перевозок грузов на ко­роткие расстояния, исключить автомобильные перевозки на вывозе этих грузов. В Грузии работает пневматическая линия на трубопроводе диаметром 1000 мм, протяженностью 2,2 км для транспортировки щебня, гравия, песка. Пропускная способность трубопровода составляет 640 тыс. т в год. Там же создается самая крупная в мировой практике двухтрубная пневмоконтейнерная си­стема протяженностью 42 км. Первая очередь (17,5 км) уже введе­на в действие. Она обеспечила подачу щебня из карьера на завод железобетонных изделий. Система работает в автоматическом ре­жиме, в ее состав входит два пневмовоза, восемь сцепленных друг с другом контейнеров-вагонеток. Общая масса поезда 25 т, его ско­рость до 30 км/ч. Пропускная способность этой системы в 20 раз выше, чем при использовании автомобильного транспорта, а годовая экономия дизельного топлива составляет около 13,5 тыс. т.

Трубопроводный транспорт повышает надежность, ма­невренность снабжения топливно-энергетическими ресурсами, ис­ключает потери продуктов в процессе их доставки от произво­дителя к потребителю, дает возможность снизить транспортные издержки, повысить производительность труда работников транс­порта.

Преимущества трубопроводного транспорта предопределяют основные направления его развития на перспективу: транспорти­ровка топливно-энергетического сырья; перемещение новых нетра­диционных для трубопроводов грузов, в том числе твердых про­дуктов, перекачка жидких химических продуктов и сырья. По пер­вому из указанных направлений основной специализацией магист­ральных трубопроводов будет транспортировка жидкого и газо­образного углеводородного сырья. Возможно, что уже в скором времени трубопроводы будут брать свое начало не от природных месторождений нефти и газа, а от специальных предприятий по переработке углей или битумов. Одновременно с этим более ши­рокое применение получит транспортировка угля по трубопрово­дам, в том числе так называемым контейнерным способом.

Проводятся экспериментальные работы по доставке трубопро­водным транспортом на переработку некоторых видов сельскохозяй­ственной продукции – помидоров, ягод, фруктов. Перемещение их по трубам резко уменьшает потери ценных веществ, автоматизи­рует погрузку-выгрузку, ускоряет и удешевляет доставку. Сущест­вуют проекты централизованной системы разветвленных трубопро­водов для доставки жидких удобрений от завода к сельскохозяй­ственным потребителям ряда экономических районов. На примере Рязанской области были сделаны расчеты по экономическому обос­нованию доставки таким способом удобрений Новомосковского химкомбината. Расчеты показали, что, несмотря на значительную сеть железнодорожных и автомобильных дорог в Рязанской об­ласти, доставка аммиака по трубопроводам дешевле, чем при исполь­зовании железнодорожного и автомобильного транспорта.

Во многих районах стоимость перевозки зерна к хлебоприемным пунктам достигает 30 % закупочной стоимости. Для этих целей тоже может быть использован трубопроводный транспорт, который в ряде случаев дает заметное снижение транспортных расходов. Применение в сельском хозяйстве универсальной трубопроводной сети, по которой можно было бы перемещать и удобрения, и сельхозпродукты (а это с технологической точки зрения возможно), значительно улучшит обеспечение транспортных потребностей агропромышленного комплекса страны.

Продолжаются исследования по применению труб большого диа­метра для скоростной доставки людей. Уровень максимальной ско­рости пассажирских капсул или составов в трубопроводе, который можно достичь уже в современных условиях, – 600 – 1000 км/ч, а в проектах перспективных систем – до 3000 км/ч. Сопротивление движению, как главная причина повышенного расхода топлива, за­грязнения воздуха, высокого уровня шума в наземных системах, при трубопроводном транспорте может быть во много раз снижено путем вакуумирования и применения бесконтактных магнитных подвесок. Заглубление трубопроводов на 15 – 20 м позволит решить проблему шума, отвода земли для их строительства. Эти преиму­щества достаточно весомы, чтобы использование трубопроводного транспорта для перевозок пассажиров стало реальностью в обозри­мом будущем. Не исключено, что этот вид транспорта со временем смо­жет успешно конкурировать с авиацией.

Трубопроводы в зависимости от природно-климатических ус­ловий региона укладываются непосредственно на землю, на спе­циальные эстакады или закладываются в землю (наиболее рас­пространенный способ для городских трубопроводов). При пере­сечении водных преград трубопровод проводят по дну. В связи с этим возникают проблемы, особенно в зонах вечной мерзлоты, пустынно-степных и др., так как при перекачке грузов трубопро­вод нагревается, и меняется тепловой режим почвы. Мерзлота подтаивает, что приводит к обрыву трубопроводов. В зонах с низкими температурами обычные марки стали становятся хруп­кими. Для районов, характеризующихся лавинообразованием, изготавливаются многослойные трубы, что позволяет поднимать рабочее давление. Лазерная спайка и сварка повыша­ют качество швов.

Интенсивное развитие трубопроводного транспорта по­требовало коренной перестройки как техники, так и технологии строительства трубопроводов. Значительному ускорению строительства объектов нефтегазовой промышленности и прокладки трубопроводов способ­ствовало внедрение в практику комплектно-блочного метода. Суть его заключается в сборке технологических блоков, блочно-комплектных устройств, укрупненных монтажных узлов, комплектных зданий, которые доставляются на место работ в готовом виде со все­ми коммуникациями.

Предусматривается расширить масшта­бы использования блоков и блочно-комплектных устройств в неф­тегазовом строительстве в 2,7 раза по сравнению с предыдущим пятилетием. Иначе говоря, необходим переход от сборки отдель­ных частей-блоков к доставке на площадки полностью закончен­ных сооружений в виде крупногабаритных объемных блоков и супер­блоков массой от 300 до 1000 т, например, насосных станций и т. п. Это особенно важно при строительстве за Полярным кругом, в усло­виях мерзлоты, низких температур и сильных ветров. Однако при­менение этого прогрессивного метода строительства требует новых транспортных средств для поставки тяжелых блоков к месту мон­тажа – специальных тягачей на колесном и гусеничном ходу, на воз­душной подушке. Изучаются возможности создания и использова­ния летательных аппаратов большой грузоподъемности – специ­альных вертолетов, дирижаблей и др.

 

 

ГОРОДСКОЙ

ТРАНСПОРТ