Магистральный транспорт газа (назначение и типы магистральных газопроводов)

Реферат

1. Состав и классификация природных газов

Природные газы, добываемые из чисто газовых, нефтяных и газоконденсатных месторождений, состоят из углеводородов гомологического ряда метана (), а также неуглеводородных компонентов: азота (, углекислого газа (), сероводорода (S), редкоземельных (инертных) газов (гелия, аргона, криптона, ксенона), ртути. Число углеродных атомов nв молекуле углеводородов может достигать 17 и более. Метан (), этан () и этилен () при нормальных условиях (p=0,1MПа и Т=273К) являются реальными газами.

Пропан(), пропилен (), изобутан (i-, нормальный бутан (n-), бутилены () при атмосферных условиях находятся в парообразном (газообразном) состоянии, при повышенных давлениях— в жидком. Они входят в состав жидких (сжижаемых, сжиженных) углеводородных газов. Углеводороды, начиная с изопентана (i=) и более тяжёлые (17>n>5) при атмосферных условиях находятся в жидком состоянии. Они входят в состав бензиновой фракции. Углеводороды, молекула которых состоит из 18 и более атомов углерода (от ), расположенных в одну цепочку, при атмосферных условиях находятся в твёрдом состоянии.

Ниже приведены составы сухого газа, сжиженных газов и газового бензина.

Компоненты

Смесь

Метан, этилен, этан . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Сухой газ

Пропан, пропилен, изобутан, нормальный бутан, бутилены . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Сжиженный газ

Изопентан, нормальный пентан, амилены, гексан . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Бензин

Природные газы подразделяются на три группы:

1. Сухой газ, свободный от тяжёлых углеводородов, добываемый из чисто газовых месторождений.

2. Смесь сухого газа, пропан-бутановой фракции (сжиженного газа) и газового бензина, добываемые вместе с нефтью.

3. Сухой газ и жидкий углеводородный конденсат, добываемые из газоконденсатных месторождений. Углеводородный конденсат состоит из большого числа тяжёлых углеводородов, из которых можно выделить бензиновые, лигроиновые, керосиновые, а иногда и более тяжёлые масляные фракции.

Искусственные газы получают из твёрдых топлив в газогенераторах, ретортах, различных печах при высоких температурах, а иногда и при повышенных или высоких давлениях.

Далее, в таблице, привожу основные физико-химические свойства алканов (предельных парафиновых углеводородов).

Кроме того, в настоящее время определены свойства алкенов (олефинов), а также неуглеводородных компонентов природных газов.

Показатели

Метан

Этан

Пропан

Изобутан

Нормальный бутан

Изопентан

Нормальный пентан

Гексан

Химическая формула

Молекулярная масса

Массовая доля углерода,%

Газовая постоянная, Дж/(кгК)

Температура плавления при

0,1013 МПа,

Температура кипения при

0,1013 МПа,

Критические параметры :

температура, К

давление абсолютное МПа

плотность, кг/

удельный объём, /кг

Плотность газа при 0,1013 МПа и 0, кг/

Относительная плотность газа по воздуху

Удельный объём газа при 0,1013 МПа и 0

Плотность в жидком состоянии при температуре кипения и 0,1013 МПа, кг/

Удельная теплоёмкость при 0,1013 МПа и 273 К, Дж/(кг•К): газа при постоянном давлении

Газа при постоянном объёме

Отношение теплоёмкостей газа / при 273 К (0

Теплота испарения при 0,1013 МПа, кДж/кг

Теплота плавления при 0,1013 МПа, кДж/кг

16,043

74,87

521

-182,5

-161,3

190,7

4,7

162,0

0,0062

0,717

0,5545

1,400

416

2220

1690

1,310

570

60,8

30,070

79,96

278

-172,5

-88,6

306,2

4,9

210,0

0,0047

1,344

1,038

0,746

546

1729

1430

1,198

490

95,2

44,097

81,80

189

-187,5

-42,2

369,8

4,3

225,5

0,0044

1,967

1,523

0,510

585

1560

1350

1,161

427

80,1

i —

58,124

82,66

143

-145,0

-10,1

407,2

3,7

232,5

0,0043

2,598

2,007

0,385

582

(при 0

1490

1315

1,144

352

77,6

n-

58,124

82,66

143

-135,0

-0,5

425,2

3,8

225,2

0,0044

3,220

2,007

0,385

600

(при 0

1490

1315

1,144

394

75,5

i-

72,151

83,23

115

-160,6

+28,0

461,0

3,3

3,220

2,488

0,321

625

1450

1290

1,121

357

70,9

n-

72,151

83,23

115

-129,7

+36,2

470,4

3,4

232,0

0,0043

3,220

2,488

0,321

637

1450

1290

1,121

341

46,3

86,178

83,62

96

-95,5

+69,0

508,0

3,9

3,880

2,972

0,258

664

1410

1272

1,113

341

151,5

2. Назначение и типы магистральных газопроводов

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.

Магистральным газопроводом называется трубопровод, предназначенный для транспорта газа из района добычи или производства в район его потребления, или трубопровод, соединяющий отдельные газовые месторождения.

Магистральный газопровод характеризуют высокое давление (до 55—75 кгс/), поддерживаемое в системе, большой диаметр труб (1020, 1220, 1420 мм) и значительная протяженность (сотни и тысячи километров).

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.

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 соответствии со СНиП(Строительные нормы и правила) магистральные газопроводы в зависимости от рабочего давления подразделяются на два класса:

Ш рабочее давление от 2,5 до 10 МПа включительно

Ш рабочее давление от 1,2 МПа до 2,5 МПа включительно

Газопроводы, эксплуатируемые при ,давлениях ниже 1,2 МПа, не относятся к магистральным, это внутрипромысловые, внутризаводские, подводящие газопроводы, газовые сети в городах и населенных пунктах, а также другие газопроводы.

В зависимости от назначения и диаметра, с учетом требований безопасности эксплуатации магистральные газопроводы и их участки подразделяются на пять категорий: В,I, II, III и IV .

Таблица 1 — Категории магистральных трубопроводов и их участков(СН и П 2.05.06-85*, стр.3, табл.1)

Категория

трубопровода и его участка

Коэффициент условий работы трубопровода при расчете его

на прочность,

устойчивость

и деформативность, m

Количество монтажных сварных соединений, подлежащих контролю физическими методами, % общего количества

Величина давления при испытании и

продолжительность испытания

трубопровода

В

0,60

I

0,75

II

0,75

Принимается

по СНиП III-42-80*

III

0,9

IV

0,9

На наиболее сложных (болота, водные преграды и т.д.) и ответственных участках трассы категория магистральных газопроводов повышается. Например, для участков подключения компрессорных станций, узлов пуска и приема очистных устройств, переходов через водные преграды шириной по зеркалу воды в межень 25 м и более СНиП устанавливает категорию I.

К категории В относятся газопроводы, сооружаемые внутри зданий и на территориях компрессорных станций и газораспределительных станций. При проектировании допускается категорию отдельных участков газопроводов повышать на одну категорию, против установленной СНиПом, при соответствующем обосновании.

К категориям магистральных газопроводов и их участкам в зависимости от коэффициента условий работы при расчете на прочность предъявляются определенные требования в части контроля сварных соединений физическими методами и предварительного испытания Р исп .

Состав сооружений магистрального газопровода:

В соответствии со СНиП к магистральным газопроводам относят трубопроводы и ответвления (отводы) от них диаметром до 1420 мм с избыточным давлением транспортируемого продукта не более 10 МПа, предназначенные для транспортировки:

  • природного или попутного нефтяного углеводородного газа из районов добычи (от головных компрессорных станций (КС) до газораспределительных станций (ГРС)) городов и населенных пунктов;
  • сжиженных углеводородных газов с упругостью насыщенных паров не более 1,6 МПа при температуре 45 °С с мест производства (заводов) до мест потребления (перевалочные базы, пункты налива, промышленные и сельскохозяйственные предприятия, порты, ГРС, пусковые базы);
  • товарной продукции в пределах головных и промежуточных КС, станций подземного хранения газа, ГРС, замерных пунктов.

Аналогично определяют магистральные водо-, конденсато- и аммиакопроводы.

Для строительства магистральных газопроводов должны применяться трубы стальные бесшовные, электросварные прямо шовные, спиральные и другие специальные конструкции, изготовленные из:

  • спокойных и полуспокойных углеродистых, реже легированных сталей диаметром 50 миллиметров включительно;
  • спокойных и полуспокойных низколегированных сталей диаметром до 1020 миллиметров;
  • низколегированных сталей в термически или термодинамически упрочнённом состоянии для труб диаметром до 1420 миллиметров;
  • В состав подземного магистрального газопровода входят линейная часть и наземные объекты (рисунок 1).

природный газ газопровод углеводород

Рисунок 1 — Схема магистрального газопровода:

1 — газовая скважина со «шлейфом»; 2 — газосборный пункт; 3 — газопромысловый коллектор; 4 — головные сооружения; 5 — ГКС; 6 — магистральный газопровод; 7 — запорная арматура; 8 — промежуточная КС; 9, 11, 13 — переходы соответственно через малую преграду, дорогу и крупную водную преграду; 10 — линия связи; 12 — аварийный запас труб; 14 — вдоль трассовая дорога с подъездами; 15, 26 — ГРС; 16 — отвод от газопровода; 17 — защитное сооружение; 18 — система ЭХЗ; 19 — ЛЭП; 20 — ПХГ; 21 — КС ПХГ; 22 — водосборник; 23 — дом линейного ремонтера-связиста; 24 — лупинг; 25 — вертолетная площадка; 27 — ГРП; 28 — городские газовые сети

На промысле газ от скважин под действием пластового давления по сборным индивидуальным газопроводам («шлейфам») поступает на газосборные пункты, где осуществляют первичный замер его, а при необходимости и редуцирование. От газосборных пунктов газ поступает в промысловый газосборный коллектор и по нему на головные сооружения (установку комплексной подготовки газа — УКПГ), где проводят его очистку, осушку, вторичный замер и доведение до товарной кондиции.

На головной КС газ компримируется до номинального рабочего давления (как правило, до 7,5 МПа).

Затем он поступает в линейную часть магистрального газопровода.

К линейной части магистрального газопровода относят собственно магистральный газопровод с линейной арматурой, переходами через естественные и искусственные преграды, линиями технологической связи и электропередачи, вдольтрассовыми и подъездными дорогами, защитными сооружениями, отводами к промежуточным потребителям, водо- и конденсато-сборниками и другими узлами, системой электрохимической защиты; лупинги, аварийный запас труб, вертолетные площадки и дома линейных ремонтеров-связистов.

Объекты магистрального газопровода подразделяют на следующие группы:

1) головные сооружения(головными сооружениями магистрального газопровода называют производственный комплекс, размещающийся на стыке газового промысла и газопровода и осуществляющий всестороннюю подготовку газа к дальней транспортировке);

2) линейная часть, или собственно газопровод;

3) компрессорные станции (КС) — компрессорные станции располагают примерно через 150 км.

4) газораспределительные станции (ГРС) в конце газопровода;

5) подземные хранилища газа (ПХГ) — резервные естественные емкости газа;

6) объекты ремонтно-эксплуатационной службы (РЭП);

7) устройства линейной и станционной связи (высокочастотной и селекторной), а также системы автоматизации и телемеханизации;

8) система электрозащиты сооружений газопровода от почвенной коррозии;

9) вспомогательные сооружения, обеспечивающие бесперебойную работу системы газопровода (ЛЭП для электроснабжения объектов и электрификации отключающих устройств, водозаборы, коммуникации водоснабжения и канализации и др.);

10) управленческий и жилищно-бытовой комплекс для эксплуатационного персонала.

Добываемый в России природный газ поступает в магистральные газопроводы, объединенные в Единую систему газоснабжения (ЕСГ) России. ЕСГ является крупнейшей в мире системой транспортировки газа и представляет собой уникальный технологический комплекс, включающий в себя объекты добычи, переработки, транспортировки, хранения и распределения газа. ЕСГ обеспечивает непрерывный цикл поставки газа от скважины до конечного потребителя.

Единая система газоснабжения (ЕСГ) России сегодня включает в себя:

  • Ё более 151 тыс. км магистральных газопроводов и отводов (включая более 1 тыс. км газопроводов-перемычек), из которых около 62% приходится на газопроводы большого диаметра (1020-1220-1420 мм);
  • Ё 256 компрессорных станций (около 700 компрессорных цехов) мощностью 43 млн. кВт;
  • Ё 23 объекта подземного хранения газа суммарной активной мощностью 76 млрд.

куб. м, обеспечивающих регулирование сезонных изменений спроса.

Право собственности на систему принадлежит ОАО «Газпром». Сегодня в составе ОАО «Газпром» числится 17 дочерних обществ (со 100% участием ОАО «Газпром»), осуществляющих транспорт газа как основной вид деятельности. При этом необходимо отметить важный момент — указанные общества не являются владельцами собственно газопроводов, находящихся на балансе у ОАО «Газпром». Эти дочерние общества ОАО «Газпром» по сути являются сервисными организациями, эксплуатирующими и обслуживающими газопроводы.

Крупные газопроводы:

ь Саратов — Москва — первый газопровод в России;

  • ь Ставрополь — Москва;
  • ь Кольцевой газопровод Московской области;
  • ь Краснодарский край — Ростов-на-Дону — Серпухов — Санкт-Петербург;
  • ь Средняя Азия — Урал;
  • ь Медвежье — Надым — Тюмень — Уфа — Торжок;
  • ь Надым — Пунга — Пермь;
  • ь Уренгой — Сургут — Тобольск — Тюмень — Челябинск;
  • ь Уренгой — Помары — Ужгород — крупнейшая в мире система газопроводов, соединяет газовые месторождения Западной Сибири с конечными потребителями в Европе (4451 км);
  • ь газопровод, проходящий от Оренбурга через Украину в страны Восточной и Западной Европы;
  • ь Ямал — Европа;
  • ь Голубой поток;
  • ь Дзуарикау — Цхинвал.

Действующие:

ь Саратов — Москва

ь Уренгой — Помары — Ужгород

ь Ямал — Европа

ь Голубой поток

ь Дзуарикау — Цхинвал

Строятся газопроводы :

ь Северный поток

ь Бованенково — Ухта

ь Сахалин — Хабаровск — Владивосток

ь Джубга — Лазаревское — Сочи

Проектируются газопроводы :

ь Южный поток

ь Алтай

ь Якутия — Хабаровск — Владивосток

ь Прикаспийский газопровод