Классификация трубопроводов. Технология работы трубопроводного транспорта

До недавнего времени перемещение жидких, сыпучих и газообразных материалов осуществлялось, как правило, железнодорожным, водным и автомобильным транспортом. Вместе с тем увеличивавшиеся с каждым годом объёмы перевозок указанных материалов начали требовать не только дальнейшего развития и совершенствования существующих транспортных систем, но и изыскания новых и эффективных способов транспортирования грузов, отличающихся простотой и высокими экономическими показателями.

В связи с этим большое значение стали иметь исследовательские и опытно-конструкторские работы в области трубопроводного транспорта контейнеров (ТТК). При этом исследуются два вида ТТК: напорный и безнапорный. В первом случае контейнеры транспортируются по трубопроводу под действием напора воды (гидравлический трубопроводный транспорт контейнеров(ГТТК)) или сжатого воздуха (пневматический трубопроводный транспорт контейнеров(ПТТК)). При безнапорном транспорте перемещение контейнеров осуществляется с помощью различного рода движителей или тяговых механизмов.

Лабораторные и опытно-промышленные испытания нового вида транспорта показали, что практическое применение ТТК позволяет не только освоить значительные грузопотоки, но и обеспечить при этом полную сохранность перевозимого груза и комплексную механизацию и автоматизацию всего транспортного процесса. Системам ТТК присуща универсальность, что даёт возможность одинаково успешно перемещать сыпучие, жидкие и другие материалы.

Контейнерный трубопроводный гидро- и пневмотранспорт принадлежит к новым, быстро развивающимся видам промышленного транспорта. Основные преимущества этого вида транспорта -- высокая пропускная способность, регулярность движения и высокая степень автоматизации, отсутствие помех других видам транспорта, независимость от погодных условий, исключение потерь грузов в пути.

Первые схемы контейнерного трубопроводного пневмотранспорта были предложены 150 лет назад в Англии. В 40-х гг. прошлого века в Англии, а затем во Франции были построены так называемые "атмосферические" дороги, на которых рельсовые или колёсные экипажи приводились в движение поршнем, перемещавшимся в трубопроводе с продольной щелью под действием нагнетания или отсасывания воздуха.

Следует отметить необычно широкую область возможного использования контейнерного трубопроводного пневмотранспорта - перевозка больших масс сыпучих грузов из карьеров к местам их переработки, транспортирование радиоактивных отходов атомных электростанций, внутризаводской транспорт, транспортирование грузов на торговых предприятиях.

По способу создания движущего перепада давления системы контейнерного трубопроводного пневмотранспорта могут быть напорными, вакуумными или напорно-вакуумными. При больших расстояниях транспортирования наиболее перспективными являются напорные системы. В системах гидротранспорта также применяются в основном напорные системы.

В системах контейнерного пневмотранспорта цилиндрические контейнеры перемещаются либо на колёсах по рельсовому пути, проложенному внутри трубопровода, либо на специальном шасси, обеспечивающем центрирование контейнера и отсутствие вращения вокруг продольной оси.

Трубопроводный транспорт подразделяется на гидро- и пневмотранспорт, технологический транспорт, магистральный транспорт.

К технологическим трубопроводам относятся трубопроводы в пределах промышленных предприятий, по которым транспортируется сырье, полуфабрикаты и готовые продукты, пар, вода, топливо, реагенты и другие вещества, обеспечивающие ведение технологического процесса и эксплуатацию оборудования, а также межзаводские трубопроводы, находящиеся на балансе предприятия.

Технологические трубопроводы классифицируют по транспортируемому веществу, материалу труб, рабочим параметрам, степени агрессивности среды, месту расположения, категориям и группам:

1) по виду транспортируемой по ним продукции:

- газопроводы,

- нефтепроводы,

- водопроводы,

- воздухопроводы,

- продуктопроводы.

2) по виду движения по ним жидкостей:

- напорные трубопроводы;

- безнапорные (самотёчные) трубопроводы.

Рис. 9.1. Классификация трубопроводов

3) по виду сечения:

- трубопроводы круглого сечения;

- трубопроводы не круглого сечения (прямоугольные, квадратные и другого профиля).

4) по материалу, из которого они изготовлены:

- стальные (из углеродистой, легированной и высоколегированной стали);

- из цветных металлов и их сплавов (медные, латунные, титановые, свинцовые, алюминиевые);

- бетонные;

- чугунные;

- неметаллические (полиэтиленовые, поливинилхлоридные, стеклянные) и др.

5) По условному давлению транспортируемого вещества:

- вакуумные, работающие при давлении ниже 0,1 МПа;

- низкого давления, работающие при давлении до 10 МПа;

- высокого давления (более 10 МПа);

- безнапорные, работающие без избыточного давления.

6) По температуре транспортируемого вещества:

- холодные (температура ниже 0 ° С);

- нормальные (от 1 до 45 ° С) ;

- горячие (от 46 ° С и выше).

7) По месторасположению трубопроводы бывают:

- внутрицеховые, соединяющие отдельные аппараты и машины в пределах одной технологической установки или цеха и размещаемые внутри здания или на открытой площадке;

- межцеховые, соединяющие отдельные технологические установки, аппараты, емкости, находящиеся в разных цехах.

Магистральными называют трубопроводы, предназначенные для дальнего транспорта жидких, газообразных и твёрдых сыпучих продуктов, от мест их добычи, получения, переработки (условная начальная точка трубопровода) к местам потребления (условная конечная точка).

Наиболее широко трубопроводы используются для перекачки природных газов, нефти и нефтепродуктов, однако по трубопроводам перекачивают на большие расстояния и воду (магистральные водоводы), уголь в виде водных суспензий (углепроводы), расплавленную серу, инертные сыпучие материалы. На десятки километров транспортируют по трубам минеральную воду, молоко и другие продукты.

Наконец, нельзя не отметить, что своевременная и наиболее надёжная доставка горючего для снабжения быстро перемещающихся воинских частей может быть осуществлена в основном с помощью так называемых полевых нефтепроводов. Этот способ доставки горючего используется в армиях и флотах многих стран.

Все перечисленные выше виды трубопроводов относятся к сухопутным трубопроводам, так как прокладываются по территории материка.

Увеличение мировой добычи нефти и газа в шельфах и акваториях океанов и морей потребовало прокладки магистральных трубопроводов под водой как с заглублением их в грунт, так и без заглубления. Такие трубопроводы называют морскими. Иногда магистральный трубопровод имеет морскую и сухопутную часть. Такой трубопровод называют сухопутно-морским.

Магистральный трубопровод - сооружение линейного типа, представляющее непрерывную трубу, вдоль которой размещаются сооружения, обеспечивающие перекачку транспортируемого продукта при заранее заданных параметрах (давлении, температуре, пропускной способности и т.п.). В отличие от других линейных сооружений, таких, как автодороги, железные дороги, магистральный трубопровод в течение всего срока эксплуатации находится в сложном напряжённом состоянии под воздействием внутреннего давления перекачиваемого продукта и работает как сосуд высокого давления.

Состав сооружений и их назначение зависят от вида транспортируемого продукта.

Магистральный трубопровод (Рис. 9.2.) состоит из следующих комплексов сооружений:

- подводящие трубопроводы, связывающие источники нефти или нефтепродуктов с головными сооружениями трубопроводов. По этим трубопроводам перекачивают нефть от промысла или нефтепродукт от завода в резервуары головной станции;

- головная перекачивающая станция, на которой собирают нефть или нефтепродукты, предназначенные для перекачки по магистральному трубопроводу. Здесь проводят приёмку нефти (нефтепродуктов), разделение их по сортам, учёт и перекачку на следующую станцию;

- промежуточные перекачивающие станции, на которых нефть и нефтепродукт, поступающие с предыдущей станции, перекачивают далее;

- конечный пункт, где принимают продукт из трубопровода, распределяют потребителям или отправляют далее другими видами транспорта;

- линейные сооружения трубопровода, к которым относятся собственно трубопровод, линейные колодцы на трассе, станции катодной и протекторной защиты, дренажные установки, а также переходы через водные препятствия, железные и автогужевые дороги. Кроме того, к ним относятся вертолётные площадки, дома обходчиков, линии связи, грунтовые дороги, сооружаемые вдоль трассы трубопроводов.

Линейная часть трубопровода сооружается про трём конструктивным схемам: подземной, наземной и надземной.

Подземная схема составляет около 98% от общей длины всех построенных трубопроводов. По этой схеме трубы укладывают ниже естественной поверхности грунта.

Наземная схема предусматривает укладку труб на поверхность спланированного грунта или на грунтовое сплошное основание, устраиваемое из привозного грунта.

При надземной схеме трубопровод укладывают на опоры, размещаемые на определённом расстоянии друг от друга.

Для плотных грунтов наиболее удачной схемой является подземная. Она обеспечивает надёжную защиту труб от внешних воздействий, достаточно хорошо стабилизирует положение трубопроводы, обеспечивает его устойчивость, не изменяет вида рельефа, не создаёт никаких препятствий для сельскохозяйственных работ, движения транспортных средств. При подземной прокладке трубопровод и транспортируемый по нему продукт не подвергается резким перепадам температур, что имеет немаловажное значение для обеспечения технологической надёжности трубопровода.

Необходимость в наземной и надземной схемах прокладки магистральных трубопроводов возникла при строительстве в неблагоприятных грунтовых условиях. Особенно широко эти схемы стали применяться в условиях Севера на вечномёрзлых грунтах.

Для сокращения длины трубопровода при выборе направления трассы обычно стремятся придерживаться кратчайшей геодезической линии между начальными и конечными пунктами. Отклонения от генерального направления допускаются только тогда, когда их целесообразность доказана техническими расчётами.

Хотя магистральный трубопровод и представляет собой непрерывную нитку, однако он имеет устройства, позволяющие отсекать отдельные его участки в случае возникновения аварийных ситуаций с целью ограничения объёма потерь транспортируемого продукта и уменьшения ущерба, наносимого природе при вытекании продукта из разрушенного участка.

На нефтепроводах устанавливают задвижки, а на газопроводах -- краны. Задвижки и краны - это важные узлы трубопровода. От их надёжности и безотказной работы зависит размер возможных потерь продукта при авариях, уровень вредного его воздействия на окружающую среду.

Важными элементами линейной части трубопровода являются также различного рода узлы и детали: тройниковые соединения, переходы с одного диаметра на другой (переходник), устройства запуска очистных приборов (скребки, шары, поршни и т. д.) и их выхода из трубы.

Магистральный трубопроводный транспорт является весьма опасной сферой производственной деятельности, что обусловлено высокой степенью концентрации перекачивающих мощностей, горюче- и взрывоопасностью транспортируемой продукции, ее отравляющими и иными опасными свойствами, концентрацией на отдельных направлениях до 10 ниток магистральных трубопроводов; сосредоточением в узких технических коридорах многониточных магистралей газопроводов, нефтепроводов, продуктопроводов, которые многократно пересекаются друг с другом.

Применявшиеся технологии прокладки и защиты магистральных трубопроводов обусловили непродолжительный срок их эксплуатации и необходимость проведения ремонтных и защитных работ после 8 - 10 лет их использования, проведения дополнительных испытаний, внутритрубной диагностики.

Перекачивающие станции - самые сложные комплексы сооружений нефтепровода.

Головная перекачивающая станция предназначена для приёма нефти с установок подготовки нефти и перекачки её из ёмкости в магистральный нефтепровод. В состав технологических сооружений входят: резервуарный парк, подпорная насосная, узел учёта нефти, магистральная насосная, узел регулирования давления, фильтры-грязеуловители, узлы с предохранительным устройством, а также технологические трубопроводы.

Промежуточные перекачивающие станции размещают по трассе трубопровода согласно гидравлическому расчёту. Среднее значение перегона между станциями для первой очереди 100-200 км, а для второй очереди 50-100 км. В составе технологических сооружений промежуточных станций отсутствуют резервуарный парк, подпорная насосная и узел учёта нефти.

На магистральных нефтепроводах большой протяжённости предусмотрена организация эксплуатационных участков протяжённостью от 400 до 600 км. В начале эксплуатационных участков располагают нефтеперекачивающие станции, состав которых аналогичен головным станциям, однако резервуарные парки их имеют меньшую вместимость.

Насосные станции оборудуют насосами и сложным энергетическим хозяйством, мощность которого достигает нескольких тысяч киловатт.

Через цепь последовательно расположенных по трассе перекачивающих станций нефтепродукт поступает на конечный пункт нефтепродуктовода.

В зависимости от схемы присоединения насосов и резервуаров промежуточных станций различают следующие схемы перекачки нефти и нефтепродуктов по трубопроводам:

- постанционную;

- через один резервуар насосной станции;

- с подключённым резервуаром,;

- из насоса в насос.

При постанционной системе перекачки нефть принимают поочерёдно в один из резервуаров станции, подачу на следующую станцию осуществляют из другого резервуара.

При перекачке через один резервуар насосной станции нефть от предыдущей станции поступает в резервуар, служащий буфером, и одновременно откачивается из него.

При перекачке с подключённым резервуаром уровень нефти в нём колеблется в зависимости от неравномерности поступления и откачки нефти.

На рис.9.2. представлена схема сооружений магистрального нефтепровода:

Рис.9.2. Схема сооружений магистрального нефтепровода