 |
Общая характеристика магистральных газопроводов
|
|
|
|
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА
УГЛЕВОДОРОДОВ
Конспект лекций
Самара
Самарский государственный технический университет
Печатается по решению редакционно-издательского совета СамГТУ
УДК 621.643 (075.8)
П325
Гулина С.А.,
П325 Технологические процессы трубопроводного транспорта углеводородов: Методическое пособие / С. А. Гулина. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2014.-46 с.: ил.
ISBN 978-5-7964-1538-2
Библиогр.: 5 назв. Рис. 5. Табл. 16.
Изложена
Может быть использовано при обучении магистров и на курсах повышения квалификации для очной, заочной и дистанционной форм обучения, обучающихся по направлению «Нефтегазовое дело» (специалисты) и обучающихся по направлениям 21.03.01. «Эксплуатация и обслуживание объектов транспорта и хранения нефти, газа и продуктов переработки» (бакалавры).
УДК 621.643 (075.8)
П325
Рецензент: к.т.н.,
| ©, С.А.Гулина, 2014 © Самарский государственный технический университет, 2014 |
Оглавление
ЛЕКЦИЯ 1. 5
1. МАГИСТРАЛЬНЫЙ ГАЗОПРОВОД.. 5
1.1. Общая характеристика магистральных газопроводов. 5
2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТРУБОПРОДНОГО ТРАНСПОРТА ГАЗА.. 11
2.1. Физические свойства газа. 11
ЛЕКЦИЯ 2. 14
2.2. Надежность и прочность МГ. 14
4.1. Характеристики материала труб газопроводов. 16
4.3. Проверка условий прочности. 17
2.2.2. Нагрузки и воздействия на магистральном газопроводе. 18
2.2.3. Расчет несущей способности трубопровода. 21
4.5. Проверка общей устойчивости подземных газопроводов. 23
2.3. Пропускная способность газопровода. 27
ЛЕКЦИЯ 3. 31
2.4. Распределение давления по длине газопровода. Среднее давление. 31
2.5. Определение коэффициента гидравлического сопротивления. 33
|
|
|
2.6. Изменение температуры газа в газопроводе. 36
2.7. Влияние изменения температуры на производительность газопровода. 40
ЛЕКЦИЯ 4. 44
2.8. Расчет сложных газопроводов. 44
2.8.1. Способы приведения сложного газопровода к простому. 44
2.8.2. Однониточный газопровод с путевыми отборами и подкачками. 47
2.8.4. Последовательное соединение газопроводов. 51
2.8.5. Последовательно-параллельное соединение. 53
ЛЕКЦИЯ 5. 55
2.8.6. Газопроводы с лупингами. 55
2.8.7. Многониточный газопровод с лупингом. 58
2.8.9. Эффективность перемычек при эксплуатации газопроводов. 59
ЛЕКЦИЯ 6. 61
2.9. Влияние рельефа трассы на пропускную способность газопровода. 61
2.9.1 Наклонный газопровод. 61
2.9.2 Рельефный газопровод. 64
ЛЕКЦИЯ 7. 67
2.10. Характеристики нагнетателей. 67
2.11. Построение совмещённых характеристик ЦН по КЦ.. 72
ЛЕКЦИЯ 8. 79
3. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОПРОВОДОВ.. 79
3.1. Совместная работа газопровода и компрессорной станции. 79
3.2. Режим работы газопровода при отключении КС или ГПА.. 83
ЛЕКЦИЯ 9. 86
3.3. Оптимальные параметры магистрального газопровода. 86
3.3.1. Графоаналитический метод. 86
3.3.2. Метод сравнения конкурирующих вариантов. 87
3.3.3. Аналитический метод. 88
3.4. Режим работы газопровода при сбросах и подкачках. 93
3.5. Размещение компрессорных станций на трассе газопровода. 94
Список литературы.. 99
ЛЕКЦИЯ 1
МАГИСТРАЛЬНЫЙ ГАЗОПРОВОД
Общая характеристика магистральных газопроводов
Магистральный газопровод — это капитальная система инженерных сооружений линейного типа, предназначенных для транспортировки природного или искусственного газа из районов его добычи или производства в районы потребления (рис 1.1).
Рис. 1.1. Схема сооружений магистрального газопровода:
1 - скважины, 2-газосборный пункт с узлами комплексной подготовкой газа к транспорту, 3- дожимная компрессорная станция (ДКС), 4 - головная компрессорная станция (ГКС), 5, 11, 11, 12 - компрессорные станции (КС), 6 - конденсатосборникск, 7- газораспределительная станция (ГРС), 8 – линейный крановый узел, 9 - электрохимзащита (станции катодной защиты), 13 - дюкера, 14 - лупинг, 15 - конечный газораспределительный пункт (КГРП).
|
|
|
Магистральный газопровод характеризуют высокое давление (до 55—220 кгс/см2), поддерживаемое в системе, большой диаметр труб (1020, 1220, 1420 мм) и значительная протяженность (сотни и тысячи километров).
В состав МГ входят (рис.1.2):
- линейная часть - газопровод (от места выхода с промысла подготовленной к дальнему транспорту товарной продукции);
- система электрохимической защиты от коррозии;
- линии и сооружения технологической связи, средства телемеханики газопроводов;
- линии электропередачи, предназначенные для обслуживания газопроводов, и устройства электроснабжения и дистанционного управления запорной арматурой и установками электрохимической защиты газопроводов;
- противопожарные средства;
- противоэрозионные и защитные сооружения газопроводов;
- системы сбора и утилизации конденсата;
- здания и сооружения линейной службы эксплуатации газопроводов;
- постоянные дороги и вертолетные площадки, расположенные вдоль трассы газопровода, и подъезды к ним, опознавательные и сигнальные знаки местонахождения газопроводов;
- головные и промежуточные (линейные) компрессорные станции (КС);
- газоизмерительные станции (ГИС) и станция охлаждения газа (СОГ);
- газораспределительные сети (ГРС);
-станции подземного хранения газа (СПХГ);
- указатели и предупредительные знаки.
Рис. 1.2. Схема МГ
Управление магистральными газопроводами осуществляется по производственно-территориальному принципу. Все газопроводы распределены между газотранспортными предприятиями, подчиненными непосредственно ОАО «Газпром». Эти предприятия обеспечивают транспорт газа, осуществляют бесперебойное снабжение газом промышленных объектов, городов и поселков, обслуживание и ремонт линейных сооружений, компрессорных и газораспределительных станций.
Газотранспортные предприятия через диспетчерские службы обеспечивают заданные режимы работы линейной части магистральных газопроводов, компрессорных станций и оптимальное регулирование потоков газа в системе в соответствии с указаниями центрального диспетчерского управления (ЦПДУ) единой системы газоснабжения (ЕСГ) страны.
|
|
|
На стадии эксплуатации и реконструкции МГ проводятся энергосберегающие мероприятия:
- изменение конфигурации отдельных участка газотранспортной системы;
- переход на низконапорную технологию;
- внедрение автоматизированных систем управления;
- совершенствование систем измерения расхода газа;
- повышение эффективности заботы линейной части.
В состав линейных сооружений входят: газопровод с ответвлениями и лупингами, запорной арматурой, переходами через естественные и искусственные препятствия, узлами подключения компрессорных станций, газоизмерительные станции, пункт редуцирования газа (ПРГ), узлами пуска и приема внутритрубных устройств (ВТУ), конденсатосборниками и устройствами для ввода метанола, система электроснабжения линейных потребителей, устройства контроля и автоматики, система телемеханизации, система оперативно-технической связи, система электрохимической защиты, здания и сооружения для обслуживания линейной части (дороги, вертолетные площадки, дома обходчиков и т.д.).
По характеру линейной части различают следующие магистральные газопроводы:
1) простые, с постоянным диаметром труб от головных сооружений до конечной ГРС, без отводов к попутным потребителям и без дополнительного приема газа по пути следования; их протяженность, как правило, незначительна, газ перекачивается за счет пластового давления без дополнительного компримирования;
2) телескопические, с различным диаметром труб по трассе. Их сооружают при использовании пластового давления или одной головной компрессорной станции, причем на начальном участке укладывают трубы меньшего диаметра, чем на последующих; быстрое падение давления на головном участке даст возможность большей части газопровода работать под меньшим давлением;
3) многониточные, когда параллельно основной проложены дополнительно одна, две или три нитки газопровода того же или иного диаметра; с учетом перемычек образуется система газопровода; если параллельные нитки сооружают на отдельных участках, их называют лупингами (обводами);
|
|
|
4) кольцевые, создаваемые вокруг крупных городов для увеличения надежности газоснабжения и равномерной подачи газа, а также для объединения магистральных газопроводов в единую газотранспортную систему страны.
В случае многониточных газопроводов между нитками сооружаются перемычки через 40-60 км и на входе и выходе каждой КС. В сложных условиях перемычки сооружаются у каждого линейного крана. Линейные краны устанавливаются через 20-30 км. Перемычка выполняется из труб диаметром не менее 0,7 меньшего из диаметров соединяемых ниток. При соединении ниток, имеющих различное рабочее давление, перемычки помимо крановых узлов оборудуются узлами редуцирования. Эксплуатируемые в настоящее время газопроводы имеют рабочее давление 5,45 и 7,35 МПа и степень сжатия 1,45-1,50. Длина участка между КС при этом составляет 100-150 км. В конец газопровода газ поступает с давлением 1,5-2 МПа. По пути газ выдается потребителям через газораспределительные станции.
Для обеспечения максимального значения коэффициента гидравлической эффективности (Е - представляющего собой отношение фактической производительности участка к его пропускной способности при тех же параметрах работы: 
.) следует предусматривать периодическую очистку полости газопровода, как правило, без прекращения подачи газа.
Для предотвращения гидратообразования в начальный период эксплуатации предусматриваются устройства для заливки метанола в газопровод на выходе каждой КС и у линейного крана или перемычки посреди участка между КС.
Узлы линейной запорной арматуры, установки катодной защиты, усилительные пункты кабельной или радиорелейной линии связи, а также контролируемые пункты телемеханики следует предусматривать, как правило, совмещенными.
Диаметры резервных ниток перехода принимаются одинаковыми с диаметром МГ. Допускается предусматривать одну общую резервную нитку для газопроводов, проходящих в одном техническом коридоре и работающих с одинаковым рабочим давлением. Общую резервную нитку подключают автономно к каждому газопроводу.
Узлы очистки газопровода совмещают с узлами подключения КС. Для контроля положения очистных устройств в газопроводе следует предусматривать установку сигнализаторов (датчиков) за 1000 м до и после узла приема и запуска очистных устройств. На узлах очистки предусматриваются узлы сбора продуктов очистки полости газопровода.
|
|
|
Объем коллектора-сборника принимают по расчету в зависимости от загрязненности газа и устанавливаемого цикла очистки, но не более:
300 м3 - для газопровода диаметром 1020 и 1220 мм;
500 м3 - для газопровода диаметром 1420 мм.
Коллектор-сборник изготавливается подземным из таких же труб, как и газопровод на участках I категории.
На запорной арматуре на перемычках, на подключениях и отводах, на нитках многониточных переходов следует предусматривать автоматы аварийного закрытия кранов. Они должны обеспечивать закрытие кранов при темпе падения давления в МГ на 10-15% в течение 1-3 минут. При отсутствии автоматов предусматривается телеуправление этими кранами.
Для каждого линейно-производственного управления (ЛПУ) МГ следует предусматривать телемеханизацию линейной части газопровода границах участков между КС. Предусматривается контроль температуры грунта на глубине оси заложения трубопровода в середине участка между КС с установкой датчиков с передачей (по требованию) данных в диспетчерский пункт КС.
Компрессорные станции должны обеспечивать проектную или плановую производительность газопровода путем повышения давления транспортируемого газа, и осуществлении следующих основных технологических процессов: очистки газа от жидких и твердых примесей, компримирования газа, охлаждения газа.
Комплекс компрессорной станции включаетодин или несколько компрессорных цехов. Оборудование КС делится на основное и вспомогательное.
К основному технологическое оборудование КС – газоперекачивающие агрегаты (ГПА) и технологическая трубопроводная обвязка КС, обеспечивающие необходимый режим транспортировки газа по магистральному газопроводу.
Вспомогательное оборудование КС можно разделить на две группы: обеспечивающее нормальную работу ГПА и объектов обслуживания.
- оборудование для охлаждения газа после его выхода из нагнетателей (АВОГ);
- оборудование систем смазки, уплотнения для центробежных нагнетателей,
- регулирования и защиты ГПА.
- оборудование системы охлаждения масла.
- оборудование системы подготовки топливного, пускового и импульсного газа.
К вспомогательному оборудованию КС второй группы относят:
оборудование систем водоснабжения, канализации, связи, телемеханики и электроснабжения.
КС выполняет три основных функции:
- очистка газа;
- компримирование газа;
- охлаждение газа.
2. Очистка газа.
Газ, поступающий на КС, содержит в своем составе механические частицы (пыль, окалина) и жидкость (вода, конденсат).
Для предупреждения засорения труб и эрозионного износа компрессоров газ перед компримированием очищается. Очистка газа производится, как правило, в одну ступень в сепараторах, получивших название пылеуловителей (ПУ). На КС используются два типа ПУ: масляные (мокрые) и циклонные (сухие). В настоящее время в основном используются циклонные ПУ.
Вторая ступень очистки - в фильтрах-сепараторах, предусматривается в среднем через 3-5 компрессорных станции, на КС после участков с повышенной вероятностью аварий и после подводных переходов длиной более 500 м.
На каждой ступени очистки предусматривается замер потерь давления.
Циклонные ПУ представляют собой аппараты батарейного типа: в одном аппарате монтируется от 3 до 100 и более циклонов. ПУ с 3-5 циклонами называются циклонными, с большим количеством мультициклонными. На КС большой производительности в основном используется пятициклонный ПУ ГП.144.000 с пропускной способностью 20 млн. м3 сут.
2. Компримирование газа.
Для компримирования газа КС оборудуется газоперекачивающими агрегатами (ГПА), состоящих из компрессора и приводящего его двигателя. На КС используются ГПА с поршневыми и центробежными компрессорами.
На МГ с суточной производительностью до 10 млн. м3/сут используются поршневые ГПА. В качестве привода чаще всего применяют двигатели внутреннего сгорания. В настоящее время на МГ используются следующие типы поршневых ГПА;
10ГКН, Q = l,0-l,2 млн. м3/сут;
МК8, Q = 1,5-5,0 млн. м3сут;
ДР12, Q = 8,0-13,0 млн. м3сут.
Более 97% ГПА оборудованы центробежными нагнетателями (ЦН). Из них 85% имеют в качестве привода газотурбинные установки (ГТУ), остальные приводятся во вращение от электродвигателей.
Для привода ЦН используются три типа ГТУ:
- стационарные ГТН и ГТК;
- авиационные ГПА-Ц;
- судовые ГПУ.
Мощность ГТУ этих типов ГПА составляет 6,10,16,25 МВт и выше. Суточная производительность 10-50 млн.м3.
В электроприводных ГПА используются в основном синхронные электродвигатели мощностью 4-12,5 МВт. Суточная производительность ЭГПА составляет 13-37 млн. м3.
В центробежных ГПА используются нагнетатели со степенью сжатия e = 1,23-1,27 и ε =1,35-1,5 (полнонапорные ЦН). В настоящее время отдается предпочтение полнонапорным ЦН.
3. Охлаждение газа.
Температура газа при сжатие в компрессоре повышается. Для повышения надежности и эффективности работы в МГ диаметром более 1,0 м. он охлаждается.
В общем случае газ охлаждается водой в градирнях и воздухом в аппаратах воздушного охлаждения (АВО). В настоящее время на МГ используются АВО, представляющие собой секции оребреных трубок малого диаметра, обдуваемых воздухом при помощи вентиляторов. Газ охлаждается до температуры на 10-15°С выше, чем температура воздуха. Температура газа на выходе из КС не должна превышать 45-50 С.
Количество АВО определяется при расчетных значениях температуры грунта и воздуха с 10% запасом по площади теплообмена. Уточнение количества АВО производится при абсолютной максимальной температуре воздуха и июльской температуре грунта.
На КС используются АВО типа 2АВГ-75с. Находят широкое применение импортные АВО "Крезо-Луар", "Пейя", "Ничимент". На КС МГ диаметром 1420 мм обычно устанавливается 10-15 аппаратов. МГ диаметром 1,0 м и менее могут оборудоваться АВО при соответствующем обосновании. Необходимость или целесообразность установки АВО может быть связана с превышением температуры газа на выходе КС выше 50°С или повышением экономичности транспорта газа.
Для снабжения газом населенных пунктов по трассе МГ сооружаются ГРС, предназначенные для снижения давления газа до нужного потребителю (0,6-1,2 МПа) и поддержания его на этом уровне, очистки и одоризации газа и учета отпускаемого количества газа. Функции конечног распределительго пункта (КРП) аналогичны функциям ГРС.
|
|
|
