сочинение. Строительно
 Скачать 57.84 Kb.
|
|
рис. 3.1. место на промыслах и заводах, принимающих газ с агрессивными добавками. Линейная часть магистралей, обвязка перекачивающих станций, промысловые и распределительные сети сооружаются из металлических труб. Надежностные свойства трубопроводных плетей определяются маркой стали, качеством изготовления, в том числе наличием и качеством внутреннего и внешнего покрытия, условиями доставки, качеством проведения строительно- монтажных работ. Долговечность трубопроводов во многом зависит от того, насколько свое - временно введена электрохимическая защита. По некоторым данным интенсивность отказов из-за коррозии на трубопроводах с катодной защитой составляет 0,08 отк./ 1000кмвгод, а без защиты 0,45 отк./ 1000 кмвгод. На долговечность и безотказность труб влияют разнообразные случайные факторы. Некоторые из них проявляются постоянно, другие же обусловлены причинами, повторение которых маловероятно или вообще исключено. Например, в связи с прекращением поставок импортного оборудования (по политическим мотивам). В СССР были форсированы объемы производства труб, что привело к ухудшению их качества. Поэтому неудивительно, что срок жизни трубопроводов колеблется в широких пределах. Один из первых, построенных в нашей стране газопроводов - Дашава-Киев, проработав 40 лет, находился в работоспособном состоянии. В то же время некоторые газопроводы, построенные в последующие годы, полностью вышли из строя. Специфические условия Западной Сибири и Крайнего Севера накладывают отпечаток на надежность проложенных там трубопроводов. Грунты, особенно многолетнемерзлые, отличаются локальными неоднородностями, которые трудно предусмотреть при проектировании и учесть при строительстве. В результате со временем происходит смещение первоначального положения плети, увеличиваются внутренние напряжения в теле трубы, что делает вероятным появление трещин и разрывов. Переход к трубам большого диаметра сопряжен с увеличением влияния температурных факторов на продольную устойчивость, сохранность и долговечность изоляционных покрытий. Качество технического обслуживанияобусловлено как техническими, так и вне меньшей степени социальными факторами. Интенсивный рост газовой отрасли привел к необходимости подготовки рабочих и инженерно-технических кадров многих, в том числе новых, профессий. Производство приходилось организовывать в районах, где промышленность не была развита, и население не обладало технической культурой. В регионах с экстремальными климатическими условиями работа организуется по вахтовому методу. Все это создает различия в условиях технического обслуживания и ремонта и по регионам страны и внутри одного региона. Большое значение имеет организация ремонтных служб, регламентация планово- предупредительных ремонтов. Одной из форм организации ремонтов на перекачивающих станциях является блочное обслуживание. Транспортировка крупных блоков на специализированное ремонтное предприятие и обратно хотя в целом и обеспечивает качество ремонта, фактически может привести и приводит к увеличению сроков восстановления. Улучшению показателей надежности и уменьшению аварийности на объектах БТС способствует своевременность профилактического обслуживания. Правильно выбрать сроки профилактики помогают средства и методы диагностики, которые весьма специфичны для различных видов оборудования. Особое место занимает диагностика трубопроводов подземного заложения. Из-за огромной протяженности магистральных трубопроводов и распределительных сетей практически невозможно непрерывное приборное освидетельствование напряженного состояния в теле труб, сохранности изоляционных покрытий в процессе эксплуатации. Однако появляются принципиально новые методы диагностики, совершенствуются существующие методы и приборы, поднимающие качество обслуживания на новый уровень. Существуют различные способы для распознавания момента, когда состояние трубопровода приближается к критическому. Они основаны на изучении либо непосредственно трубопровода, либо режимов течения транспортируемого продукта, либо изменений в окружающей среде. Контроль коррозионного состояния проводится методами магнитной дефектоскопии, радиографическим, с помощью ультразвукового прослушивания или телевизионных камер, пропускаемых внутри трубы. Исследование напряжений и деформаций проводятся механическими устройствами, запускаемыми по трубопроводу по окончании строительства, тензометрическим методом и др. Для обнаружения утечек пользуются визуальным контролем при обходах или облетах трассы, газоаналитическим, акустико-эмиссионным и другими методами. Под структуройсистемыподразумевается взаимное расположение объектов системы (ее конфигурация) в сочетании с различными видами резервирования системы в целом и ее объектов. Выбор структуры происходит на этапах перспективного планирования, проектирования и реконструкции системы. Методы теории надежности дают возможность формализовать некоторые процедуры с тем, чтобы избежать ошибок и обеспечить выбор рациональных вариантов структуры. Уже выбором конфигурации магистральных трубопроводов, распределительных и промысловых сетей предопределяются возможности крупномасштабного маневрирования потоками или маневрирования в пределах локальной трубопроводной сети, что оказывает влияние на надежность снабжения потребителей. К способам структурного резервирования в БТС относится создание резервных трубопроводов (питание ответственных потребителей с разных направлений), трубопроводов-перемычек. Резервирование на объектах (перекачивающих станциях, промыслах и т. п.) осуществляется путем выбора технологической схемы обвязки, то есть схемы соединения оборудования и резерва оборудования (агрегатов на КС, скважин на промыслах, аппаратов в системах промысловой подготовки нефти и газа и т.д.). Стандартными способами резервирования в технических системах являются дублирование и скользящее резервирование. Содержание этих понятий определено терминологией по надежности систем энергетики [31]. Именно эти способы резервирования изучены наиболее детально. Однако они не охватывают всех возможных и даже практически применяемых вариантов резервирования оборудования в трубопроводных системах. Обвязка агрегатов на КС бывает рассчитана на резервирование группы из нескольких последовательно работающих агрегатов, резервирование агрегатов в группе (рис.3.11) и на другие схемы включения, которые не могут быть описаны стандартными моделями дублирования и скользящего резервирования. Характерными способами резервирования линейной части магистральных трубопроводов являются секционирование участков путем сооружения перемычек между параллельными нитками, прокладка лупинга, т. е. «неполной» нитки на некоторой части перегона между перекачивающими станциями, дублирование трубопроводов на опасных участках (например, дюкеров на переходах через реки, параллельных ниток на горных участках). БТС расположены на огромных площадях, их структура во многом определяется географическими особенностями территории. Поэтому все мероприятия по обеспечению надежности крупномасштабных систем далеко не всегда удается стандартизировать: решение проблем надежности БТС или их региональных подсистем должно быть максимально привязано к специфике условий местоположения объекта и времени принятия решений. При выборе структуры системы в целом, средств и способов обеспечения надежности на верхнем уровне иерархии следует учитывать уникальность крупных объектов рассматриваемых систем. В БТС получило широкое распространение, так называемое временное резервирование. Эта форма резервирования проявляется в создании избыточных запасов газа или нефти в различных частях системы. При авариях системы в периоды пикового спроса запасённый продукт позволяет БТС работать определенное время без нарушения питания потребителей. Хранение газа осуществляется преимущественно в подземных хранилищах газа (ПХГ), хранение нефти - в резервуарных парках (РП). Подземные хранилища создаются там, где имеются подходящие геологические структуры. Нередко используются истощенные газовые или нефтяные месторождения в районах, приближенных к основным потребителям. При выборе мест сооружения РП имеются обычно более широкие возможности. Для сглаживания дефицитов в системе газоснабжения практикуется также эксплуатация небольших газовых месторождений в режиме регуляторов. ПХГ и РП выполняют в БТС различные функции. Те из ПХГ, которые расположены недалеко от трассы газопровода в удалении от основных потребителей, призваны принимать газ в период аварий на хвостовой части и восполнять дефицит подачи потребителям при авариях на головной части МГ, способствуя тем самым увеличению годовой производительности МГ. Ниже они будут называться хранилищами - компенсаторами. Аналогичную роль в нефтеснабжении играют промежуточные РП. ПХГ в районе потребления предназначены для сглаживания сезонной неравномерности, покрытия аварийных дефицитов и пикового спроса. Две последние функции выполняют и концевые РП, расположенные вблизи НПЗ. Вместо хранилищ-компенсаторов в системе газоснабжения возможно также использование небольших месторождений, которые следует рассчитывать на кратковременную работу с большими нагрузками. Средствами временного резервирования в системе газоснабжении я могут служить так - же установки по сжижению, хранению и регазификации газов, установки для приготовления пропано-воздушных смесей. И те и другие установки получили распространение в некоторых странах с развитой индустрией. Хорошие перспективы имеет использование под хранение газа отработанных нефтяных месторождений. Отбираемый из них газ обогащен тяжелыми углеводородами и обладает большой теплотворной способностью. К числу положительных эффектов этого технического решения следует отнести увеличение коэффициента отдачи нефтяного месторождения. Возможно, что со временем будут предложены и реализованы новые средства для хранения углеводородного сырья. В системе газоснабжения есть еще один способ временного резервирования - использование аккумулированного в трубах газа. Запас сетевого газа особенно в районах с развитой системой магистральных и распределительных газопроводов играет заметную роль в деле выполнения суточных и недельных графиков поставок. При аварийных ситуациях и пиках потребления определенная доля аккумулированного газа может быть отобрана из сис- темы с тем, чтобы уменьшить глубину дефицита. При этом снижается давление газа в трубах, но обеспечивается спрос потребителей, если снижение не слишком велико. Изменение запаса газа в трубах традиционно используется для регулирования суточной и недельной неравномерности потребления: аккумулированный газ выполняет те же функции, что и резерв, накопленный в специальных емкостях. Помимо перечисленных существуют также другие виды резервирования в БТС: некоторый резерв производительности магистральных трубопроводов предусматривается при проектировании, плюс к тому на перекачивающих станциях имеются резервные агрегаты. Формы резервирования многообразны и взаимосвязаны, поэтому оценка совокупных резервов БТС представляет собой непростую задачу. Если техническая система работает в режиме, далеком от предельно допустимого уровня, то это способствует обычно уменьшению интенсивности отказов и аварийных потерь. Особенно нежелательна интенсификация режимов разработки месторождений углеводородного сырья. При повышенных отборах имеет место преждевременное обводнение месторождений, разгерметизация скважин, разрушение приза бойной зоны пласта и другие нежелательные явления. В месторождениях, особенно с аномально высокими давлениями и большой продуктивной толщей, превышение предельно допустимых дебитов может привести и приводит к резкому падению пластового давления и, как следствие, к осадке земной толщи, подвижкам горных пород, что непосредственно влияет на надежность скважин, надежность производственных комплексов, ухудшает экологическую обстановку. Резервирование производственных мощностей дает возможность компенсировать потери, вызванные отказами элементов (аварийный резерв) и случайными и непредвиденными возмущениями (нагрузочный резерв). Большую роль в обеспечении надежности играет управлениесистемой, «человеческий фактор». Ошибки эксплуатационного персонала приводят к отказам оборудования, преждевременному его изнашиванию, а иногда и к крупным авариям. Повышение квалификации персонала, производственной дисциплины и ответственности на всех уровнях управления являются эффективными средствами повышения надежности функционирования БТС. Требования к персоналу, непосредственно участвующему в оперативном управлении объектами БТС, возрастают по мере концентрации потоков, увеличения единичных мощностей агрегатов, сосредоточения производств по подготовке и переработке нефти и газа, а также в связи с освоением месторождений с агрессивными и токсичными примесями. Одним из способов повышения квалификации персонала является обучение на тренажерах, имитирующих реакцию объекта на действия оператора в нештатных ситуациях. Технический прогресс проявляется в том, что совершенствуются и все шире внедряются средства автоматизации технологических процессов, предприятия БТС оснащаются системами сбора и обработки информации, разработаны и действуют (с разной степенью эффективности) автоматизированные системы управления процессами добычи, транспорта и распределения газа и нефти. Безотказность первичных источников информации, средств автоматизации и информатики сказывается на надежностных показателях объектов БТС. Не вызывает сомнения необходимость комплексной автоматизации процессов и создания безлюдных технологий особенно для районов с крайне неблагоприятным для человека климатом. Однако именно из-за недостаточной надежности основного и вспомогательного оборудования появление таких технологий в обозримой перспективе маловероятно. К мероприятиям, способствующим уменьшению отрицательных последствий при отказах оборудования, следует отнести разработку рациональной структуры управления, четкие должностные инструкции по поведению в нештатных ситуациях управленческого персонала во всех звеньях административной иерархии. Эффективность управления БТС в аварийных ситуациях и, в конечном счете, ущербы народному хозяйству зависят также от системы слежения за параметрами технологического процесса и своевременности передачи сигналов о нарушении режима нормального функционирования. Условия функционированияэксплуатируемого или проектируемого объекта, оговариваемые в определении надежности, играют роль исходных данных при постановке проблем надежности. Чтобы четко сформулировать условия функционирования, следует разграничить технический объект (или систему), выделить его из других объектов, систем, внешней среды. К числу внешних условий БТС относятся графики поступления газа и нефти с промыслов (с учетом случайной составляющей из-за отказов) и подачи его агрегированным потребителям. Внешние условия во многом определяются взаимодействием со смежными отраслями промышленности как на уровне планирования (качество и своевременность поставок оборудования и запасных частей, использование энергосберегающих технологий предприятиями-потребителями и др.), так и на уровне оперативного управления (надежность электроснабжения объектов БТС, альтернативные источники снабжения и др.). Велико влияние климатических и погодных условий, которые непосредственно сказываются на интенсивности отказов оборудования и на времени ликвидации аварий. Кроме того, от погодных условий зависит производственная мощность объектов. Например, при повышенных температурах падает рабочая мощность газотурбинных установок и, следовательно, пропускная спо- собность газопроводов; температура перекачиваемого газа влияет на энергетические затраты по его перекачке; еще более существенно влияние температуры нефти на режимы работы МН. Прямыми источниками аварий служат природные воздействия (землетрясения, наводнения, лесные пожары). Не менее опасны для трубопроводов воздействия антропогенного характера. Много аварий возникает при проведении земляных работ в особенно техногенно насыщенных районах. Одним из свойств комплексного поднятия надежность является безопасность - способность объекта не допускать ситуаций, опасных для людей и окружающей среды. При отказах объектов БТС иногда имеют место утечки, выбросы взрывоопасного или токсичного газа. Аварийные ситуации могут не только приводить к нарушению технологических процессов, но и причинять вред здоровью людей и наносить ущерб природе. В соответствии с этим, наряду с отказами технологическими, следует рассматривать отказы по безопасности. Серьезные последствия для окружающей среды имеют постепенно развивающиеся нарушения из-за техногенного воздействия на природу при строительстве газопроводов. К таким нарушениям относятся заболачивание местности, размывание грунтов из-за повреждения растительного покрова, термоабразивное разрушение береговой линии в местах пересечения рек трубопроводами, засоление участков при нарушении режимов фильтрации почвенных вод и др. Может оказаться, что некоторые нежелательные эффекты неизвестны современной науке. При разведке и разработке месторождений, при эксплуатации газопроводов имеют место потери природного газа. Метан - газ легче воздуха - мигрирует в верхние слои атмосферы. В последние годы получила широкое признание гипотеза, что процесс накопления метана в атмосфере является одной из главных причин парникового эффекта. Необратимые изменения состава газовой оболочки Земли могут привести со временем к катастрофическим последствиям. 3.2.Влияние тенденций развития больших трубопроводных систем на их надёжностные свойства Эффективность и технологичность природного газа обусловили расширенное его применение в народном хозяйстве. В нашей стране газ стал важнейшим видом топлива. В ближайшей перспективе тенденция к усилению роли газа в топливном балансе страны сохранится, учитывая трудности в угольной отрасли, уменьшение роли мазута, как котельного топлива, и замедление темпов роста ядерной энергетики. Нефть занимает почти монопольное положение как первичный продукт для получения моторных топлив и масел. Ограниченность запасов нефти уже неоднократно приводила к кризисным явлениям, как в отдельных странах, так и в мировом масштабе. Пока не найдены приемлемые альтернативы, влияние объемов добываемой нефти на народное хозяйство будет возрастать по мере оскуднения её запасов. Характерными чертами внутреннего развития БТС являются концентрация источников снабжения, растущая удаленность их от потребителя, концентрация мощностей транспортных предприятий. Существование и острота проблем надежности в значительной степени определяются соответствием целей и возможностей. Для нефтяной и газовой отраслей вопрос сводится к обеспеченности ресурсами и техническими средствами, соответствием планов и производственных мощностей. Для решения проблем перспективного планирования больших трубопроводных систем энергетики целесообразно использовать расширенное толкование понятия надежности, при котором отказы в выполнении функций системы связываются с такими факторами, как ошибки планирования и прогнозирования, невыполнение планов ввода строящихся объектов, природные явления, определяющие условия добычи нефти и газа. Имевшие место ошибки планирования всегда были связаны с несвоевременным (в сторону задержки сроков) вводом объектов, недостоверными (в сторону завышения) оценками запасов месторождений. Форсированное потребление невосполнимых природных ископаемых неизбежно связано с растущим ограничением ресурсов. В этих условиях острота проблем может быть уменьшена за счет опережающего развития технических средств и технологий. Удельный вес долговременных факторов в проблеме надежности растет по мере истощения наиболее мощных и доступных источников питания. Существующая практика сглаживания последствий долговременных отказов в оперативном управлении за счет напряженности планов и ограничения неприоритетных потребителей не может скрыть суть проблемы и свести проблему надежности к близкодействующим факторам, прежде всего надежности-оборудования. Наряду с непосредственной причиной отказа функционирования - неудовлетворения спроса потребителей - следует держать в виду общую картину, вызванную долговременными факторами. При напряженности режимов достаточно незначительных флуктуаций, чтобы произошел отказ. Аналогичная логика прослеживается в проблеме своевременной реконструкции объектов и реновации оборудования. Чрезмерный износ оборудования приводит к более частым отказам и увеличению длительности простоев, а, в конечном счете, к уменьшению надежности и эффективности функционирования. Обострение проблемы надежности в разрезе оперативного планирования и управления происходит в силу ряда обстоятельств, из которых наиболее значимыми и очевидными являются рост масштабов систем и концентрация мощностей. Первое из них приводит к тому, что снижение надежности сказывается на условиях хозяйственной деятельности и быта огромного количества предприятий и населенных пунктов. Из-за второго возрастают последствия единичных отказов. Следует также учесть концентрацию энергетических потоков и их возможное взаимовлияние. Уже сейчас зачастую в технологическом коридоре с несколькими газопроводами эксплуатируются также нефть и нефтепродуктопроводы, высоковольтные линии электропередачи. Проблемы возникновения крупных аварий относят обычно к области живучести, и их нельзя упускать из виду при исследовании надежности БТС. При высоких темпах развития в нефтяной и газовой промышленности в 60-е -80-е годы созданы огромные производственные фонды. Моральный и технологический износ оборудования, старение основных фондов требуют увеличения затрат на ремонт и реконструкцию объектов для поддержания приемлемого уровня надежности. Переход от периода преимущественно количественного роста к периоду стабильного функционирования сопряжен с переосмысливанием критериев и подходов к проблемам надежности. В связи с разведкой и разработкой месторождений нефти и природного газа в неосвоенных хозяйственной деятельностью регионах Крайнего Севера и морских акваториях, а также месторождений с аномально высоким давлением, токсичными и агрессивными примесями проблема надежности получает новую окраску. Во-первых, приходится принимать нестандартные, иногда уникальные инженерные решения, что увеличивает неопределенность прогнозных показателей надежности оборудования. С такими решениями связан проект прокладки газопроводов через Байдарацкую губу (залив Карского моря). Причиной повреждения этого перехода могут служить движущиеся торосящиеся льды и айсберги, пропахивающие борозды по дну залива, растопление и размыв грунта у берега, всплытие нитки из-за намерзания льда на подводной части и др. Строительство промысловых сооружений и прокладка трубопроводов на Ямальских грунтах также вызывает немало вопросов. Во-вторых, многократно возрастает “цена” аварий, сопряженных с выбросами агрессивных и токсичных жидкостей и газов, увеличиваются потери при единичной аварии на промыслах со сверхвысоким давлением и время ее ликвидации. Тем самым для указанных ситуаций проблема надежности сводится не только и не столько к безотказности, сколько к безопасности и живучести. Итак, тенденции развития БТС обостряют проблемы надежности, требуют более тщательной проработки решений при проектировании объектов, качественного улучшения техники и технологии, создания больших производственных ресурсов для компенсации отказов различных типов. 3.3. Некоторые технологические особенности больших трубопроводных систем, влияющие на их надежность 3.3.1 Своеобразие физических процессов, протекающих в БТС, оказывает влияние на надёжностные свойства систем и математические модели. Электроэнергетические системы характеризуются значительно более быстрым протеканием процессов по сравнению с системами трубопроводными. БТС имеют широкие возможности накапливать запасы продукции в резервуарных парках и хранилищах, тогда как в электроэнергетике временное резервирование может быть реализовано пока лишь с помощью гидроаккумулирующих станций. Существуют также различия между системой газоснабжения и трубопроводными системами, транспортирующими капельные жидкости. Из-за сжимаемости газа процессы в газопроводах более инерционны. Ударные волны в газе при имеющих место в эксплуатации скоростях течения обычно не представляют опасности для труб, запорного и компрессорного оборудования. Возникающие скачки давления сглаживаются, и переход от одного режима к другому происходит плавно. Длительность переходных процессов в магистральных газопроводах варьируется от нескольких десятков минут до нескольких часов. Поэтому отказы оборудования, как правило, не приводят к отказам на смежных КС. Чем больше система, тем меньше сказываются последствия единичных отказов на результаты работы всей системы. Дефицит располагаемой мощности на одной из КС, может быть частично возмещен за счет интенсивной работы смежных КС. Поскольку обычно несколько параллельных газопроводов работают с открытыми перемычками, расход флюида при отказах линейной части уменьшается пропорционально на всех гидравлически связанных нитках. Лишь при наиболее значительных отказах, которые следует классифицировать как аварии, существенное отклонение режимов от номинальных происходит на нескольких последовательно расположенных КС. В трубопроводах для транспортировки жидкостей при изменении режимов возникают ударные волны, которые могут быть причиной аварий и отказов оборудования. Сжимаемость газа обусловливает также возможность использования внутритрубного пространства как аккумулирующей емкости. Повышение среднего давления в газопроводе имеет как положительные, так и отрицательные последствия с точки зрения надежности га- |