- •Тема 1. Вступление
- •Тема 2. Основы транспортного процесса
- •Тема 3. Железнодорожный транспорт
- •Тема 3.
- •Тема 4. Характеристика воздушного транспорта.
- •Тема 5. Характеристика морского транспорта.
- •Тема 6. Характеристика автомобильного транспорта.
- •Тема 7. Характеристика речного транспорта.
- •Тема 8. Транспортный комплекс города.
- •Тема 9. Трубопроводный транспорт.
- •Тема 10. Промышленный транспорт.
- •Тема 11. Новые виды транспорта.
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.