2015-03-20
464
При расчете максимально допустимого рабочего давления толщина стенки и прочность стали, как известно, являются ключевыми элементами, определяющими конструкционные возможности трубы для поддержания давления. Труба ведет себя как тонкостенный сосуд высокого давления, имеющий внутренне напряжение, которое оказывает влияние на стеку трубы от оси во всех направлениях, в связи с чем сталь испытывает напряжение. Прочность материала оказывает сопротивление усилию растяжения, оказываемому давлением, и толщина материала обеспечивает конструкции сопротивление давлению. В таблице 26,3 показан уровень максимально допустимое рабочие давление для труб 20-и дюймового диаметра и толщиной стенки 0,375 дюймов для различных классов стали. В таблице 26.4 представлены величины максимально допустимого рабочего давления для 20-дюймовых труб класса Х-60 для стандартных толщин стенок.
Таблица 26.3. Сопоставление класс стали и максимально допустимого рабочего давления
| Класс MAOP MAOP (psi) (кПа) |
| X-42 1,134 7,819 |
| X-52 1,404 9,680 |
| X-56 1,512 10,425 |
| X-60 1,620 11,170 |
| X-70 1,890 13,031 |
Источник: Адаптированный курс основ нефти- и газопроводов. Pipeline Knowledge & Development
Таблица 26.4. Сопоставление толщины стенки и максимально допустимого рабочего давления
| Толщина стенки MAOP MAOP (дюйм) (psi) (кПа) |
| 0.218 942 6,495 |
| 0.250 1080 7,446 |
| 0.375 1620 11,170 |
| 0.500 2160 14,893 |
Источник: Адаптированный курс основ нефти- и газопроводов. Pipeline Knowledge & Development
Как правило, стоимость труб зависит от их веса, поэтому наилучшим решением является покупка высокопрочных (тонкостенных) труб. Но трубы высокой прочности, обычно плохо поддаются обработке и требуют более сложного процесса сварки, чем трубы низкой прочности. Кроме того, если отношение величины диаметра к толщине стенки (D / t) слишком большое (>80, что является общепринятой нормой), труба может не сохранить структурную целостность для поддержания округлой формы в процессе обработки и не сможет надежно выдерживать вес материала для засыпки. Еще два полезных правила: всегда использовать толщину стенки больше чем 0,250 дюймов (6.35 мм) для подземных труб и 0,375 дюймов (9,53 мм) для надземных труб для снижения риска возникновения ущерба от внешнего воздействия.
Оптимизация: Взвешивание факторов.
Проектирование и сооружение нефте- и газопроводов требуют оценки многих важных факторов. Трубопровод является дорогостоящим и долговременным сооружением. Для осуществления компетентного выбора соответствующего размера трубопровода требуется выбор наилучшего соотношения обозримых экономических показателей и проектных вариантов на неопределенный срок.
В общем случае, если в будущем возможно расширение требований, учитывающих текущие и прогнозируемые потребности, целесообразно устанавливать или сооружать трубы максимально возможного диаметра, который может быть оправдан. Вследствие физических потерь, или потерь на трение, расход мощности увеличивается в геометрической прогрессии при соответствующем увеличении диаметра трубы. На скорость потока это влияет экспоненциально, в то время, как увеличение расхода на строительство только линейно, поэтому увеличение затрат на трубы большого диаметра будет тем больше, чем больше совместное влияние на мощность потока.(This has the impact of increasing flow rate exponentially while increasing construction costs only linearly, so an incremental dollar spent on larger pipe diameter will have a greater than unity effect on flow-rate capacity.) Это наилучшее решение для трубопроводов в будущем, так как обоснованно ожидаемый срок службы стальной трубопроводной системы с необходимыми качествами может быть 50-100 лет.
Лупинг и будущий рост. Когда расход мощности существующего трубопровода становится ограничивающим фактором в деятельности обслуживающей компании, пропускная способность может быть увеличена несколькими способами. Одни из них - лупинг, или добавление участка трубы параллельно действующему. С инженерной точки зрения, можно провести аналогию с электрической цепью, когда дополнительная ветвь проводника делает возможным движение тока, испытывая половину сопротивления, или возможно движение двух потоков, исмытывающих суммарное сопротивление. (when looping the conductor allows the same current flow at half the resistance, or twice the flow at the same total resistance.) Природный газ в значительной степени представляет собой однородную смесь, по этой причине лупинг является общепринятым решением. Однако лупинг редко применяется для перекачки групп жидкостей, так как он способствует увеличению смешивания различных сортов переработанных продуктов или сырой нефти на границе раздела фаз. Первый запуск перекачиваемой жидкости по трубопроводу обычно осуществляется путем добавления химических антифракционных присадок (DRAs), которые уменьшают потери на трение путем уменьшения турбулентности в жидкости.
Проектирование и определение местоположения нефтеперекачивающих станций. Для функционирования нефтепровода требуется значительная мощность на преодоления потерь на трение и для перекачки нефти при изменении высот. Нефтеперекачивающие станции, состоящие из одного или более насосов, обеспечивают эту энергию. Для магистральных трубопроводов в основном применяются многоступенчатые центробежные насосы с приводом от электродвигателя. При отсутствии постоянного электричества насосы могут приводиться в движение за счет газовых турбин, или с помощью двигателей, работающих на дизельном топливе, сырой нефти или природном газе.
Первая насосная станция на трубопроводе называется головной насосной станцией, а последующие - промежуточными. Головные насосные станции обычно являются частью большой подготовительной станции, включающей замерные установки, на которых определяется количество нефти до попадания ее в насос. Станции в зависимости от необходимости проектируются либо для поддержания, либо для увеличения давления в трубопроводе. (Рисунок 26.41)
Рисунок 26.41. Нефтеперекачивающая станция. Нефтяной поток направляют в один из резервуаров из нефтесборного пункта, в то время как давление другого потока нефти, закаченной ранее, повышается на нефтеперекачивающей станции. Когда нефтесборный резервуар наполняется, поток переключают на заполнение другого резервуара, и из него нефть поступает в трубопровод. (One grade of oil is received into one of the tanks from local crude oil gathering, whereas another grade of crude oil originating upstream is boosted by this station. When the local gathering tank is full, flow from upstream is diverted into the other tank, and this station originates the local oil into the pipeline.) (Источник: Курс основ нефти- и газопроводов. Pipeline Knowledge & Development)
Рисунок 26.42 Схема насосной станции. Насосы могут использоваться как отдельно, так и совместно. (Источник: Курс основ нефти- и газопроводов. Pipeline Knowledge & Development)
