Теоретические основы проектирования и эксплуатации магистральных нефтегазопроводов


МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Тихоокеанский государственный университет»
Федеральное агентство железнодорожного транспорта Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Дальневосточный государственный университет путей сообщения»





В. Д. Катин, В. И. Нестеров




ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ

Учебное пособие


















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 665.6
ББК 39.77 К29




Рецензенты: кандидат биологических наук, доцент кафедры нефтегазового дела, химии и экологии Дальневосточного государственного университета путей сообщения М. М. Трибун;
зам. директора по научной работе Института водных и экологических проблем ДВО РАН доктор географических наук А. Н. Махинов




      Катин, В. Д.
К29       Теоретические основы проектирования и эксплуатации магистраль-
      ных нефтегазопроводов : учебное пособие / В. Д. Катин,| В. И. Нестеров |. -Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 140 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-1003-8

     Рассмотрены основные объекты и сооружения магистральных нефте- и газопроводов и порядок их проектирования. Дана характеристика нефте- и газоперекачивающих агрегатов и насосов, методы регулирования режимов их работы. Подробно изложены теоретические основы эксплуатации магистральных трубопроводов с приведением примера гидравлического расчёта. В приложении даны определения основных понятий и терминов, применяемых в учебной дисциплине.
     Для студентов всех форм обучения по направлению подготовки 21.03.01 «Нефтегазовое дело» по профилю «Эксплуатация и обслуживание объектов транспорта и хранение нефти, газа и продуктов». Может быть полезно инженерно-техническим работникам нефтяной и газовой промышленности и всем специалистам, интересующимся нефтегазовым делом.

                                                               УДК 665.6
                                                               ББК 39.77



ISBN 978-5-9729-0000-0 © Катин В. Д.,|Нестеров В.~И77|2022
                       © Тихоокеанский государственный университет, 2022
                       © Дальневосточный государственный университет путей сообщения, 2022
                       © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                       © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

        ВВЕДЕНИЕ


      Действующая в нашей стране сеть нефте- и газопроводов лидирует среди всех видов транспорта по производительности, дальности доставки и себестоимости перекачки углеводородного сырья. Между добычей и переработкой нефти и газа находится важное звено - магистральные трубопроводы. Современное состояние системы нефте- и газотранспорта определяется условиями и особенностями её развития. Открытие уникальных месторождений нефти и газа в районах Тюменской области и других регионов положило начало созданию крупнейшего топливно-энергетического комплекса в Западной Сибири, которая стала главной нефтяной и газовой базой России.
      Учебной программой для студентов направления подготовки «Нефтегазовой дело» предусмотрено изучение дисциплины «Проектирование газонефте-проводов», целью которой является получение базовых значений в области эксплуатации и проектирования магистральных нефте- и газопроводов и выполнение технологических расчетов. Следует отметить, что содержание дисциплины охватывает широкий круг вопросов, связанных со структурой объектов транспорта нефти и газа, с обоснованием строительства трасс магистральных трубопроводов, а также расчетом режимов работы насосных и компрессорных станций.
      Отметим, что в настоящее время накоплен огромный опыт проектирования, сооружения и эксплуатации магистральных трубопроводов. Приоритетными становятся проблемы экологической безопасности и надежности при эксплуатации нефтегазопроводов. Как известно, надежность трубопроводов при использовании знаний сопромата и строительной механики для проведения прочностного расчета нефтегазопроводов закладывается на стадии их проектирования. Применение в подобных расчетах коэффициентов запаса, механических свойств материала, взаимодействия труб с грунтом и др. предопределяет использование вероятностных моделей при проектировании трубопроводов нефти и газа.

3

     Авторы пособия не ставили задачу включить в учебную разработку исчерпывающий справочный материал, а дают возможность студентам приобрести навыки самостоятельной работы с нормативно-технической литературой в области проектирования и эксплуатации газонефтепроводов.
     Данное учебное пособие призвано помочь в подготовке бакалавров по направлению «Нефтегазовое дело», и актуальность его разработки вызвана нехваткой учебно-методической литературы по данной тематике. Нельзя не отметить, что пособие содержит в каждой главе ссылки на действующую техническую документацию и современные учебные разработки, а в конце издания -полный библиографический список по теме пособия. Возросшие требования предполагают необходимость повышения теоретического уровня эксплуатационного персонала и знаний его современных технологий, позволяющих добиться максимальной эффективности эксплуатации трубопроводов при минимуме риска и ущерба окружающей природной среде.
     Авторы выражают благодарность доктору географических наук, заместителю директора по научной работе ИВЭП ДВО РАН Алексею Николаевичу Ма-хинову и доценту кафедры «Нефтегазовое дело, химия и экология» ДВГУПС, кандидату биологических наук Михаилу Марковичу Трибуну за рецензирование рукописи учебного пособия и ценные советы при подготовке ее к изданию. Авторы выражают признательность всем коллегам кафедры «Инженерные системы и техносферная безопасность» ТОГУ за помощь при написании данного пособия, а также завкафедрой, профессору, доктору технических наук Михаилу Николаевичу Шевцову и завкафедрой «Техносферная безопасность» ДВГУПС, профессору, доктору биологических наук Мидхату Хайдаровичу Ахтямову за неоценимый труд по редактированию рукописи учебного пособия и полезные замечания по её содержанию.

4

        ГЛАВА 1.
        ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ
        И СООРУЖЕНИЙ МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА

        1.1. Классификация магистральных нефтепроводов

     Нефтепроводом принято называть трубопровод, предназначенный для перекачки нефти и нефтепродуктов, хотя когда хотят подчеркнуть, что перекачиваются именно нефтепродукты, то употребляют термин нефтепродуктопровод. В зависимости от вида перекачиваемого нефтепродукта трубопровод называют также бензопроводом, керосинопроводом, мазутопроводом и т. д.
     По своему назначению нефтепроводы и нефтепродуктопроводы можно разделить на следующие группы:
     -      внутренние - соединяют различные объекты и установки на промыслах, НПЗ и нефтебазах;
     -      местные - по сравнению с внутренними имеют большую протяженность (до нескольких десятков километров) и соединяют нефтепромыслы или НПЗ с головной станцией магистрального нефтепровода или с пунктами налива на железной дороге или в наливные суда;
     -      магистральные (МН) - характеризуется высокой пропускной способностью и большой протяженностью (сотни и тысячи километров), с диаметром трубопровода от 219 до 1220 мм. Ориентировочные значения производительности и рабочее давление нефтепроводов, соответствующие их оптимальным параметрам представлены в табл. 1.1, из которой видно, что с ростом диаметра МН увеличивается его оптимальная производительность и снижается оптимальное рабочее давление;
     -     технологические.
     Режим работы МН непрерывный (кратковременные остановки носят случайный характер или связаны с ремонтом). Перекачка, как правило, ведется не одной, а несколькими станциями, расположенными вдоль трассы.


5

Таблица 1.1

Производительность и рабочее давление нефтепроводов (ВНТП 2-86)

Диаметр, Производительность,   Рабочее давление    
   мм          млн т/г         МПа    Кгс/см2 (ат)
  219          0,7-1,2       8,8-9,8     90-100   
  273          1,1-1,8       7,4-8,3     75-485   
  325          1,6-2,4       6,6-7,4     67-75    
  377          2,2-3,4       5,4-6,4     55-65    
  426          3,2-4,4       5,4-6,4     55-65    
  530          4,0-9,0       5,34-6,1    54-62    
  630         7,0-13,0       5,1-5,5     52-56    
  720         11,0-9,0       5,6-6,1     58-62    
  820         15,0-27,0      5,54-5,9    56-60    
  1020        23,0-50,0      5,34-5,9    54-60    
  1220        41,0-78,0      5,14-5,5    52-56    

      Согласно СНиП 2.05.06-85 магистральные нефтепроводы и нефтепродук-топроводы подразделяются на четыре класса и в зависимости от условного диаметра труб (в мм):
      1) 1000-1200;
      2) 500-1000;
      3) 300-500;
      4) менее 300.
      Наряду с этой классификацией СНиП 2.05.06-85 устанавливает для магистральных трубопроводов категории, которые требуют обеспечения соответствующих прочностных характеристик: на любом участке трубопровода (табл. 1.2).

Таблица 1.2

Категории магистральных нефтепроводов

      Нефтепровод        Подземная Наземная  Надземная
 и нефтепродуктопровод   прокладка прокладка прокладка
Диаметром менее 700 мм      IV        III       III   
Диаметром 700 мм и более    III       III       III   

6

     Приведенная классификация и категории трубопроводов определяют в основном требования, связанные с обеспечением прочности или неразрушимости труб. В северной природно-климатической зоне все трубопроводы относятся к III категории. Исходя из этих же требований, в СНиП 2.05.06-85 определены также и категории, к которым следует относить не только трубопровод в целом, но и отдельные его участки. Необходимость в такой классификации объясняется различием условий, в которых будет находиться трубопровод на тех или иных участках местности, и возможными последствиями в случае разрушения трубопровода на них. Отдельные участки нефтепроводов могут относиться к высшей категории В, 1 категории и ко II категории. К высшей категории В относятся трубопроводные переходы через судоходные и несудоходные реки диаметром 1000 мм и более. К участкам 1 категории сложности относятся подводные и надводные переходы через реки, болота II и III типов, горные участки, вечномерзлые грунты. К участкам II категории сложности относятся подводные и надводные переходы через реки, болота II типа, косогорные участки, переходы под дорогами и т. д.
     Прокладку трубопроводов можно осуществить одиночно и параллельно действующим или проектируемым магистральным трубопроводам в техническом коридоре. Под техническим коридором магистральных трубопроводов согласно СНиП 2.05.06-85 понимают систему параллельно проложенных трубопроводов по одной трассе, предназначенных для транспортировки нефти (нефтепродукта, в том числе сжиженных углеводородных газов) или газа (газового конденсата). В отдельных случаях допускается совместная прокладка в одном коридоре нефтепроводов (нефтепродуктопроводов) и газопроводов местная прокладка в одном коридоре нефтепроводов (нефтепродуктопроводов) и газопроводов.

7

        1.2. Основные объекты и сооружения магистрального нефтепровода и их назначение


     В состав магистральных трубопроводов (рис. 1.1) входят: линейные сооружения, представляющие собой собственно трубопровод, систему противокоррозионной защиты, линии связи и т. п.; перекачивающие и тепловые станции; конечные пункты нефтепроводов и нефтепродуктопроводов нефтебазы и нефтесклады, на которых принимают поступающий по трубопроводу продукт и распределяют его между потребителями, подают на завод для переработки или отправляют далее другими видами транспорта.

Рис. 1.1. Схема магистрального нефтепровода

     В некоторых случаях в состав магистрального трубопровода входят и подводящие трубопроводы, по которым нефть или газ от промыслов подается к головным сооружениям трубопровода.
     Принципиальная схема сооружений магистрального нефтепровода показана на рис. 1.2.


8

Рис. 1.2. Схема сооружений магистрального нефтепровода:
1 - промыслы; 2 - нефтесборный пункт; 3 - подводящие трубопроводы;
4 - головная нефтеперекачивающая станция; 5 - линейная задвижка;
6 - подводный переход; 7 - переход под железной дорогой; 8 - промежуточная нефтеперекачивающая станция; 9 - надземный переход через овраг (ручей);
10 - конечный пункт нефтепровода (нефтебаза); 11 - пункт налива нефти в железнодорожные цистерны; 12- перевалка на водный транспорт;
13 - пункт сдачи нефти на нефтеперерабатывающем заводе

     Как видно из рис. 1.2, магистральный нефтепровод состоит из следующих комплексов сооружений:
     1) подводящие трубопроводы;
     2) головная и промежуточные нефтеперекачивающие станции (НПС);
     3)конечный пункт;
     4) линейные сооружения.
     Принципиальная технологическая схема головной НПС приведена на рисунке 1.3. Она включает подпорную насосную 1, площадку фильтров и счетчиков 2, магистральную насосную 3, площадку регуляторов давления 4, площадку пуска средств очистки и диагностики 5 и резервуарный парк 6. Нефть с промысла направляется на площадку 2, где сначала очищается в фильтрах-грязеуловителях от посторонних предметов, а затем проходит через турбинные расходомеры, служащие для оперативного контроля за ее количеством.

9

Рис. 1.3. Технологическая схема головной перекачивающей станции:
1 - подпорная насосная; 2 - площадка фильтров и счетчиков; 3 - магистральная насосная; 4 - площадка регуляторов давления; 5 - площадка пуска средств очистки и диагностики; 6 - резервуарный парк

     Далее она направляется в резервуарный парк 6, где производится ее отстаивание от воды и мехпримесей, а также осуществляется коммерческий учет. Для закачки нефти в трубопровод используются подпорная 1 и магистральная 3 насосные. По пути нефть проходит через площадку фильтров и счетчиков 2 (с целью оперативного учета), а также площадку регуляторов давления 4 (с целью установления в магистральном нефтепроводе требуемого расхода). Площадка 5 служит для запуска в нефтепровод очистных устройств - скребков. Головная НПС располагается вблизи нефтепромыслов.

10