ЭХЗ. Удк 6219 сравнительный анализ методов эхз в трубопроводном транспорте л. С. Булатова, Л. А. Шацкая
 Скачать 6.21 Mb.
|
|
452 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ УДК 62-1/-9 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ ЭХЗ В ТРУБОПРОВОДНОМ ТРАНСПОРТЕ Л.С.Булатова, Л.А. Шацкая СамГТУ, Самара, Россия bulatovaliliya73@mail.ru ludmilad@rambler.ru Магистральные трубопроводы – это капитальные инженерно- технические сооружения, предназначенные для непрерывного регулируемого транспорта газа, нефти, нефтепродуктов и других продуктов на значительные расстояния. Согласно данным Росстата на конец 2012 г. общая протяженность магистральных трубопроводов в России составляла 250 тыс. км, 175 тыс. км из них – магистральные газопроводы, 55 тыс. км – магистральные нефтепроводы, остальные – нефтепродуктопроводы. Роль трубопроводного транспорта в экономике страны неуклонно растет. Это обстоятельство предопределяет требование надежности работы трубопроводных систем. Следует отметить, что проблема обеспечения работоспособности и надежности магистральных трубопроводов многопланова, 453 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ однако одно из первостепенных направлений – эффективная противокоррозионная защита, поскольку основная причина выявленных отказов на линейной части магистральных трубопроводов – коррозионное разрушение тела трубы. Поскольку нефть и газ перед транспортировкой по магистральному трубопроводу проходят специальную подготовку, предполагающую в том числе удаление коррозионно-активных составляющих, то доля отказов на магистральных нефте- и газопроводах, вызванных внутренней коррозией, не превышает 6 % от общего количества отказов по причине коррозии (Причины отказов представлены на диаграмме). То есть в процессе эксплуатации коррозионному разрушению подвергается, как правило, наружная поверхность. Единственным возможным способом обеспечения безопасной эксплуатации трубопроводов в этих условиях является адекватное применение мер по противокоррозионной защите. Принципиальная схема разных типов ЭХЗ. 1. Катодная защита 2. Протекторная защита 3. Электродренажная защита 1 – трубопровод; 2 – устройство защиты от максимальных токов; 3 – поляризованный элемент; 4 – устройство для регулирования тока; 5 – амперметр с шунтом; 6 – рельсовая сеть электрифицированной железной дороги. 454 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ В таблице представлен сравнительный анализ различных способов ЭХЗ. Катодная защита Протекторная защита Электродренажная защита Суть метода Катодная электрохимическая защита от коррозии применяется тогда, когда защищаемый металл не склонен к пассивации.(процесс образования тонкой и прочной оксидной пленки на поверхности металла с целью предохранения его от дальнейшего окисления (ржавчины).) Существует несколько вариантов катодной защиты: поляризация от внешнего источника электрического тока; уменьшение скорости протекания катодного процесса (например, деаэрация электролита); контакт с металлом, у которого потенциал свободной коррозии в данной среде более электроотрицательный (так называемая, протекторная защита). Поляризация от внешнего источника электрического тока используется очень часто для защиты сооружений, находящихся в почве или воде. Кроме того данный вид коррозионной защиты применяется для цинка, олова, алюминия и его сплавов, титана, меди и ее сплавов, свинца, а также высокохромистых, углеродистых, легированных (как низко так и высоколегированных) сталей. Внешним источником тока служат станции катодной защиты, которая создает на трубопроводе защитное электрическое поле Протекторная (гальваническая) защита применяется в следующих случаях: а) защита кожухов; б) зашита сооружений морских терминалов; в) защита от вредного влияния переменного тока. Протекторы используются для защиты сооружений в нейтральных средах (морская или речная вода, воздух, почва и др.). При прокладке в труднодоступных районах часто отсутствуют линии электропередачи, в этом случае применяют протекторную защиту. Протекторную защита рекомендуется устанавливать в грунтах с удельным сопротивлением, не превышающим 500 Ом*м. Принцип действия протекторной защиты заключается в том, что разрушению подвергается специально установленный анод (протектор), имеющий более электроотрицательный потенциал, чем защищаемое стальное сооружение, которое служит катодом в образовавшейся гальванической паре. Электролитом в этом случае служит грунт, в котором укладывают Влияние блуждающих токов можно предупредить или совсем устранить применением установок электродренажной защиты, принцип работы которых заключается в устранении анодных зон на подземных трубопроводах при сохранении катодных зон. Это достигается отводом (дренажем) блуждающих токов с участков анодных зон в рельсовую цепь электротяги или на сборную шину отсасывающих кабелей тяговой подстанции. В зависимости от условий применения электродренажные установки можно разделить на 4 группы: 1) Прямые; 2) Поляризованные; 3) Усиленные дренажные; 4) Поляризованные протекторные. Наиболее проста по конструкции установка прямого дренажа. Она позволяет регулировать реостатом и контролировать по амперметру силу дренажного тока. Прямой дренаж применяется в зонах, где потенциал сооружения по отношению к рельсам 455 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ (поляризация). Причем защитное поле создается на катодном (+) участке трубопровода, с более положительным потенциалом. СКЗ заряжает его отрицательно (поляризует), и потенциалы выравниваются. Потенциалы выравниваются за счет того, что СКЗ, создает электрическое поле в точке дренажа (отрицательное поле на катодном участке), следом электроны двигаются с анодного заземления, соединенного с СКЗ, к источнику тока (СКЗ), и от СКЗ к точке соединения с трубопроводом (точка дренажа, +заряженный участок). Избыток электронов в точке дренажа смещает потенциал трубопровода в отрицательную сторону, и электроны с анодного участка трубопровода прекращают своё движение к катоду - коррозионное разрушение трубы останавливается. Зато теперь разрушается жертвенный анод, причем очень медленно. Анодную защиту применяют только для металлов, склонных к пассивации. При анодной защите отрицательный потенциал защищаемого участка смещают в более положительную сторону – подсоединяя внешний источник тока, вводя окислители в коррозионную среду или вводя в сплав элементы, ускоряющие катодный процесс (восстановление). При применении анодной защиты, сначала используют токи высокой плотности, чтобы металл трубы перешел в пассивное состояние, после чего плотность тока уменьшают, для поддержания металла в трубопроводы и протекторы. Ток в этой системе получается при создании большого гальванического элемента, одним электродом которого является защищаемое сооружение, а другим- специальные протекторы с более отрицательным потенциалом. Протекторы присоединены при помощи проводника к защищаемому сооружению. В созданной электрической цепи ток течет по следующему пути: от протектора ток растекается в окружающую землю, затем по ней к поверхности защищаемого сооружения, переходит на нее и течет по сооружению, собираясь в точке дренажа у присоединения соединительного провода, и по соединительному проводу обратно в протектор. Т.к. созданный гальванический элемент имеет небольшой выход тока, то одной системы оказывается недостаточно для защиты протяженных линий, и приходится располагать целый ряд таких протекторов вдоль них. В качестве материала для протекторов могут быть взяты металлы, более электроотрицательные, чем защищаемый. Для протекторов применяют три основных металла: цинк, магний и алюминий. На основе указанных металлов для протекторов изготавливают электрифицированного транспорта всегда положителен. Поляризованный дренаж применяют, когда потенциал защищаемого сооружения по отношению к грунту положительный. Усиленный дренаж применяют, когда сооружение имеет положительный или знакопеременный потенциал по отношению к грунту, обусловленный действием источников блуждающих токов. Сущность процесса состоит в устранении анодных зон на подземных сооружениях. Защита увеличивается отводом (дренажем) блуждающих токов с участков анодных зон сооружения, например, в рельсовую часть цепи электротяги, имеющей отрицательный (или знакопеременный) потенциал, или на отрицательную сборную шину тяговых подстанций. При этом катодные зоны в местах входа блуждающих токов в сооружение сохраняются. 456 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ пассивном состоянии. Условия, определяющие возможность применения метода: 1)наличие вокруг всей защищаемой поверхности электропроводной среды- жидкости, электролита, влажного бетона; 2) защищаемая конструкция должна иметь более простую конфигурацию, большая сложность конструкции сильно затрудняет устройство системы, обеспечивающей необходимое распределение тока; 3) потребление тока, необходимого для защиты, не должно быть настолько большим, чтобы возникала опасность для людей, при случайном контакте; 4) защищаемый металл не должен подвергаться опасности сильной катодной коррозии из- за наличия щелочности, образующейся при катодной защите у его поверхности. специальные сплавы, определенного состава. В настоящее время наибольшее и преимущественное распространение имеют магниевые протекторы из специального сплава магния с алюминием и цинком. Достоинс тва метода Применение катодной защиты задерживает рост числа повреждений трубопровода, но часто почти полностью приостанавливает коррозию. Дешевизна, простота, удобство применения и эффективность делают этот метод защиты во многих случаях незаменимым средством борьбы с коррозией. Катодная защита с помощью протекторов – простой и надежный способ защиты. При правильном ее использовании система защиты не требует больших технических затрат. Однажды смонтированная система работает достаточно долго без обслуживания, нуждаясь лишь в периодическом контроле потенциала защищаемой поверхности и замене протекторов. Важнейшим её достоинством является автономность – система не зависит от наличия электроснабжения. Ввиду малости напряжений обычно не возникает Метод электродренажной защиты оправдан, когда подземное сооружение находится вблизи электрической железной дороги. Усиленные дренажи имеют следующие преимущества по сравнению с другими видами дренажа: - более широкая регулировка защитного потенциала; - снижение сечения дренажного кабеля. 457 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ проблем по технике безопасности. Системы с протекторами можно размещать на взрывоопасных участках. Для защиты от грунтовой коррозии протекторы могут быть размещены вплотную к защищаемому объекту в той же траншее, что не требуется дополнительных земляных работ. Недостат ки метода В использовании катодной защиты есть свои недостатки. Одним из них является опасность перезащиты. Перезащита наблюдается при большом смещении потенциала защищаемого объекта в отрицательную сторону. В результате – разрушение защитных покрытий, водородное охрупчивание металла, коррозионное растрескивание. Принципиальными недостатками протекторной защиты является низкая ЭДС (электродвижущая сила), что ограничивает применение протекторов в плохо проводящих средах, безвозвратные потери металла и возможное загрязнение окружающей среды. 1) Работа дополнительного источника тока, когда достаточно действенен прямой дренаж, создает непроизводительные расходы электрической энергии, а, следовательно, увеличивает и стоимости защитных мероприятий; 2) В периоды перезагрузок, в почве создаются дополнительные блуждающие тока, которые могут быть опасны для целости соседних сооружений; 3) Увеличенный выход тока из рельсов, применяемых в качестве заземления катодной защиты, приводит к их усиленному износу. Библиографический список: 1. Андрияшин В.А. Коррозионное разрушение поверхностей магистральных труб нефтепровода после длительное эксплуатации / В.А.Андрияшин, А.А.Костюченко, 3. A.И.Комаров // Защита металлов.2006. т. 42. - №1. - С. 52-56. 2. Втокурцев Г.Г. и др. Критерии надежности противокоррозионной защиты трубо¬проводных систем //Газовая промышленность. - 2003. - № 4. - С. 50 - 52. 458 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ 3. Зиневич A. M., Глазков B. И., Kотик B. Г., Защита трубопроводов и резервуаров от коррозии, M., 1975; Защита металлических сооружений от подземной коррозии, 2 изд., M., 1981; Бэкман B. фон, Швенк B., Kатодная защита от коррозии, пер. c нем., M., 1984. 4. Иванов Е.А., Мокроусов С.И. Обеспечение промышленной безопасности функцио¬нирования объектов магистральных трубопроводов //Безопасность труда в промышленно¬сти.-2001.-№ 8.-С. 23-24. 5. Мазур И.И. Безопасность трубопроводных систем / И.И. Мазур, О.М. Иванцов. -М.: ИЦ«ЕЛИМА».,-2004.-1104 с. 6. Мустафин Ф.М. Защита трубопроводов от коррозии / М.Ф.Мустафин, Л.И.Быков, А.Г. Гумеров и др. //Том 2: Учебное пособие. СПб.: ООО «Недра», 2007. - 708 с. 7. Нагуманов К.Н., Андреев Р.А., Насибуллин С.М., Лоренцева Г.И. Защита промысловых трубопроводов от почвенной коррозии / Нефтяное хозяйство. 2005. - № 4. - С. 66-68. 8. Петрова Л.М. Научно-технический семинар «Определение эффективности катодной защиты подземных и подводных сооружений». Защита металлов. - М: Наука. Т. 26. -1990.-№1.- С. 162-166. УДК 622.69 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТРАНСПОРТИРОВКИ СЖИЖЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ ПО ТРУБОПРОВОДУ В УСЛОВИЯХ ИХ ТЕПЛООБМЕНА С ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ С.М. Гальцов СамГТУ, Самара, Россия, ser_likesiskins_@mail.ru В настоящее время в России широко используется трубопроводный транспорт, который имеет высокую экономичность и надежность. Существующие объемы магистральных трубопроводов достигают сегодня около 219 тыс. км, в том числе 150 тыс. км – газопроводов, 49 тыс. км – нефтепроводов и 20 тыс. км – нефтепродуктопроводов. В процессе транспортировки сжиженного газа по трубопроводам существует большая вероятность их разрушения, в связи с этим трубопроводы должны обладать высокой надежностью и безопасностью. На состояние трубопроводов большое влияние оказывают физико-химические свойства 459 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ сжиженного газа, которые могут изменяться под воздействием температуры окружающей среды. При разрушении трубопровода сжиженный газ может стелиться по земле на большие расстояния и заполнять пониженные места и все углубления, которые могут встречаться на пути, что создает опасность для населенных пунктов и предприятий, расположенных в зоне разрушения трубопровода. Существующие группы сжиженных углеводородных газов могут транспортироваться по магистральным и технологическим трубопроводам. В магистральные трубопроводы поступает пропан-бутан или иные углеводородные смеси могут перегонять и транспортировать одновременно с другими продуктами, такими как бензин, что также создает определенную опасность окружающим объектам. На общую структуру углеводородных систем оказывает влияние ряд всевозможных факторов, из-за чего всеобъемлющую характеристику системы можно установить, зная только все параметры. Одними из главных параметров, которые можно измерить и, которые оказывают воздействие на режимы течения СУГ, являются давление, температура, плотность, вязкость, концентрация компонентов, соотношение фаз. Сжиженные углеводородные газы прибывают в равновесном состоянии, в том случае если существующие параметры находятся в неизменном состоянии. В данном случае система не подвержена видимым качественным и количественным изменениям. В случае модификации только одного параметра, происходит изменение равновесного состояния всей системы, вызывая тот или иной процесс. Характерной особенностью транспортировки подобной среды является то, что она характеризуется зависимостью и изменчивостью температуры, давления и плотности от температуры окружающего воздуха и среды. При внезапном уменьшении давления в трубопроводе сжиженного газа до уровня давления насыщения СУГ при данной температуре, жидкость начнет закипать, при этом возникает паровая фаза, в результате чего пар занимает имеющегося живого сечения (просвета), что приводит к закупориванию светового пространства трубопровода и созданию пробки. В результате резко уменьшается давление в системе трубопровода. Для сжиженных газов в процессе транспортировки характерно непрерывное изменение агрегатного состояния, при котором определенный объем газа испаряется и переходит в газообразное состояние, а другой объем конденсируется и образует жидкую фазу. Притом, что количество испарившейся жидкости равно количеству сконденсировавшегося пара, в системе жидкость-газ будет наблюдаться равновесие и пары над жидкостью будут насыщенными. В этом случае давление паров принято называть давлением насыщения или упругостью паров. 460 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ Для упругости паров СУГ характерен рост при увеличении температуры и снижение при ее уменьшении. Подобное свойство сжиженных газов относится к одним из определяющих при проектировании систем транспортирования. В случае транспортирования кипящей жидкости по трубопроводу, она будет частично испаряться по причине потерь давления. В этом случае будет создаваться двухфазный поток, а упругость его паров будет определяться температурой потока. При этом температура потока буде меньше температуры в трубопроводе. Если произойдет прекращение движения двухфазной жидкости по трубопроводу, то тогда давление во всех точках трубопровода выровняется и будет равным упругости паров. Плотность и давление сжиженных паров определяют расчетным методом. Плотность углеводородного сжиженного газа (r), кг/м3, вычисляют по известной формуле: (1) где xi– массовая доля i-го компонента, %; i – плотность i-го компонента при данной температуре, кг/м3; n – число компонентов сжиженного газа. Абсолютное давление насыщенных паров (Р) сжиженных газов в МПа вычисляют методом последовательного приближения, задаваясь произвольными значениями абсолютного давления насыщенных паров сжиженного газа при заданной температуре, по известной формуле линейной интерпретации: (2) где Pz’ – меньшее заданное абсолютное давление газа, МПа; Pz’’ – большее заданное абсолютное давление газа, МПа. Учет количества углеводородного сырья и продуктов их переработки сводится к определению объемных или массовых характеристик с использованием прямых или косвенных методов. Реализация методов заключается в определении массы продуктов с помощью весов, весовых дозаторов и устройств, массовых счетчиков, расходомеров с интеграторами. Для исследования транспортируемых по трубопроводу сжиженных углеводородных газов используют ряд приборов. • приборы для измерения давления (барометры, манометры, вакуумметры); • приборы для измерения температуры (термометры и пирометры); • приборы для измерения расхода (счетчики, расходомеры); • приборы для измерения уровня (указатели уровня, уровнемеры). 461 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ Все имеющиеся приборы делятся на технические и лабораторные. Первые используются для работы в производственных условиях, вторые для точных лабораторных измерений. Выводы. В связи с различием в способах транспортировки и хранения углеводородов возникают проблемы с выбором наиболее оптимальных средств и регламентированных методов учета их количества и состояния. Стремление к выработке единых подходов измерения количественных характеристик не всегда приводит к положительным результатам. Усложняет решение вопроса и различие в физико-механических характеристиках углеводородов и их зависимость от внешних факторов (температуры, давления и т. д.). |