ЭХЗ. Удк 6219 сравнительный анализ методов эхз в трубопроводном транспорте л. С. Булатова, Л. А. Шацкая
 Скачать 6.21 Mb.
|
|
) для защиты используется теплоаккумулирующая способность грунта Необходимо иметь запас тепла, чтобы "проплавлять" бугор пучения и использовать для этого теплоаккумулирующую способность грунта увеличивая размеры талой зоны в зимний период, и тем самым обеспечивая определенные запас надежности геотехнической системы. В заключение нужно отметить, что эксплуатация нефтепроводов в многолетнемерзлых грунтах считается эксплуатацией в осложненных условиях. И для обеспечения надежной бесперебойной работы магистрального трубопровода следует очень тщательно и точно проводить инженерно – геологические исследования. И уже имея полную информацию о рельефе и различной структуре грунта на протяжении всего трубопровода, можно выбирать технические решения по повышению надёжности его эксплуатации в условиях многолетнемерзлых грунтов. Библиографический список: 1. Исследование процессов пучения грунтов. / Абрамов Л.Г., Кочерова Н.Д., // Вестник ВНИИ железнодорожного транспорта 1962, №6. 2. Предупреждение деформации грунтов от морозного пучения/ Киселев М. Ф.— Л// Стройиздат. Ленингр. отд-ние, 1985-289с 3. Предложения по уточнению глубины заложения фундаментов в условиях пучения грунтов при промерзании. Основания, фундаменты и механика грунтов./ Киселев М. Ф // 1963- №2 УДК 53.096. 629.7 РОЛЛОВЕР В СПГ: СУТЬ ПРОБЛЕМЫ И ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ РЕШЕНИЯ С.В.Мишунин, Л.А.Шацкая СамГТУ, Самара, Россия sermishunin@mail.ru ludmilad@rambler.ru Общеизвестно, что Россия является одним из крупнейших добытчиков и экспортеров газа. Наиболее перспективным направлением мировой энергетики 497 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ становится использование сжиженного природного газа (СПГ). СПГ это не новый промышленный продукт, а форма транспортировки и хранения добытого природного газа. Объемы производства и поставки СПГ растут с каждым годом. В России функционирует завод по производству СПГ на Сахалине и готовится к запуску первая линия завода «Ямал СПГ». В связи с ростом производства встает проблема безопасного хранения СПГ. Специфической технологической проблемой является стратификация слоев газа при загрузке хранилища и их самопроизвольное перемешивание, которое ведет к повышению температуры и давления в хранилище и даже к взрыву. Это явление получило название «ролловер». Термин «ролловер» относится к процессу, при котором в резервуарах для хранения СПГ образуется большое количество газа в течение короткого периода времени. Ролловер приводит к возникновению избыточного давления в резервуаре для хранения СПГ, если не приняты соответствующие меры для предотвращения указанного явления. В резервуарах для хранения СПГ возможно наличие двух устойчивых слоев или областей, которые образуются, как правило, в результате неполного смешивания СПГ разной плотности — свежего и остатка в емкости. Внутри слоя плотность жидкости одинакова, но плотность жидкости в нижнем слое резервуара больше плотности жидкости в верхнем слое. В дальнейшем из-за притока тепла в емкости, тепло- и массообмена между слоями и испарения жидкости с поверхности плотность слоев выравнивается путем самопроизвольного перемешивания. Такое самопроизвольное перемешивание называется ролловер, и если, как это часто бывает, жидкость в нижней части резервуара становится перегретой относительно давления паровой фазы в емкости СПГ, то ролловер сопровождается резким увеличением скорости испарения. В ряде случаев указанное выделение паров является очень быстрым и мощным. При этом повышение давления в емкости бывает достаточным, чтобы вызвать срабатывание клапанов сброса давления. [3] Исходя из вышесказанного, можно трактовать ролловер как аварийный режим работы резервуара, с высокой вероятностью его разрушения. Зарубежные ученые исследуют это явление более 40 лет. Причиной изучения данного явления послужила авария, произошедшая в итальянском городе Специя в 1971 году. На приемном терминале СПГ в наполненный на 20% резервуар диаметром 42 м и высотой 26,77 м под давлением 250 мм вод.ст. в течении 13 часов под слой более легкого СПГ происходила закачка из танкера более тяжелого СПГ. Через 19 часов произошло резкое повышение давления – до 710 мм вод.ст., превысив тем самым максимально допустимое на 210 мм. Увеличилась скорость испарения газа в единицу времени до 100 000 кг/ч. Это привело к разрушению резервуара и катастрофе. Объем утечки паров составил около 2000 тонн. На основании исследования происшедшего явления Н.Чэтерджи и Д. Гайст впервые вывели математическую модель ролловера. Созданная ими 498 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ компьютерная программа вычисляла состав, плотность и температуру каждого слоя с интервалом 3 мин. В дальнейшем над этой проблемой работали А.Гермелес, С.Тернер, Ю. Сугавара. Модель Д.Мидера и Дж.Хистенд позволяет произвести рассчет тепло- и массопереноса между слоями и наиболее полно описывает явление. Рассмотрим подробно формирование и протекание явления ролловер. Таблица 1 Температуры кипения компонентов СПГ Компонент Температура кипения, °С Пентан 36.1 Бутан -1,0 Пропан -42,1 Этан -88,5 Метан -161,0 Азот -195,8 Для хранения СПГ (как и других криогенных жидкостей) является характерным тот факт, что приток тепла нагревает их непрерывно и рассеяние тепла происходит только в процессе выкипания. В чистых жидкостях при этом не происходит никаких изменений в составе, СПГ же состоит из различных компонентов с различной температурой кипения. Как видно из таблицы 1 температуры кипения различных компонентов СПГ отличаются в разы, и только два из них могут испаряться при температуре хранения СПГ (азот и метан). Так как содержания азота в СПГ не больше 1%, не будем его принимать во внимание. 499 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ Рис.1.Резервуар, содержащий два раздельных слоя СПГ. Рассмотрим резервуар с СПГ в котором не содержится азота. В процессе выкипания СПГ из него выветривается метан, что ведет к повышению температуры кипения жидкости. Непрерывное перемешивание из-за притока тепла со стенок и дна резервуара приводит к нагреванию смеси, ее плотность увеличивается. Теперь в резервуар добавляется новая партия СПГ, которая становится вторым слоем. (рис.1) Сначала верхний слой более легкий, но при испарении метана, в нем происходят все процессы, описанные выше. Что приводит к увеличению его плотности. А плотность нижнего слоя начинает уменьшаться, так как приток тепла его прогревает, но он лишен возможности испарения ввиду гидростатического давления верхнего слоя. В результате нижний слой получается более легким и происходит переворот - то есть ролловер (рис. 2). При этом происходит сильный выброс газа, соответственно увеличивается давление паровой фазы. Это резкое и сильное повышение давления и представляет опасность, так как способно привести к нарушению целостности резервуара. 500 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ Рис. 2.Стадии протекания явления "ролловер" Нужно отметить, что риск возникновения ролловера существует не только в случае долива СПГ в резервуар, но и при хранении в течение долгого времени без перемешивания, при содержании азота более 1% или при повышенной температуре окружающей среды. Изучив и проанализировав опыт зарубежных и русских ученых можно выделить следующие способы предотвращения явления ролловер: 1. Самый простой способ – это раздельное хранение. Резервуар заполняется полностью одинаковым по составу газом. В этом случае условий для стратификации не возникает, однако сильно усложняется логистика. Этот способ хранения используется в США. В Кобе-Пойнт, штат Колумбия на терминале СПГ два приемных резервуара объемом равном объему нефтеналивного танкера. И график отгрузок составлен так, что каждый новый залив из танкера происходит уже в опустевшие резервуары. 2. Заполнение резервуара сверху производится с использованием дефлектора, который обеспечивает дегазацию азота. 3. При использовании системы нижнего налива, она должна быть оборудована диффузором для улучшения смешивания. Кроме того, трубопровод, подающий СПГ, оканчивается форсункой, которая усиливает турбулентные потоки в жидкости, равномерно смешивая объемы СПГ, тем самым, поддерживая равновесие в системе. 501 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ После заполнения резервуара использовать барботаж (пропускание газа через слой жидкости) для перемешивания СПГ. 4. Способ рециркуляции. Перемешивать СПГ с помощью насосов. В этом случае производится откачка части СПГ из нижнего слоя (или другого резервуара), которая доливается сверху. 5. Изотермические резервуары обязательно должны быть оснащены системами контроля температуры, плотности и давления, чтобы определить начало процесса стратификации и принять меры к предотвращению ролловера. Библиографический список: 1. Васильев Г.Г., Иванцова С. Г., Рахманин А. И. Особенности обеспечения безопасной эксплуатации крупногабаритных изотермических резервуаров для хранения сжиженного природного газа // Газовая промышленность. 2013. Вып. 11. М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. С. 57– 61. 2. ВНТП 51-1-88 Ведомственные нормы на проектирование установок по производству и хранению сжиженного природного газа, изотермических хранилищ и газозаправочных станций (временные). 3. ГОСТ Р 57431-2017 Газ природный сжиженный. Общие характеристики. 4. Гроот С.Р. Термодинамика необратимых процессов. М.: ГИТТЛ, 1956. 277 с. 5.. Королев Н.С. Анализ возникновения явления «ролловер» в системах хранения сжиженного природного газа //Актуальные проблемы российской космонавтики: Материалы XXXVI академических чтений по космонавтике. М.: Комиссия РАН, 2012. C. 353—354. 6. Пряхина В.С. Анализ аварий на объектах производства, хранения и морской транспортировки СПГ: причины возникновения и характер протекания // Промышленная безопасность на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах: материалы III междунар. науч.-практ. конф., 17–20 февраля 2009. Уфа. С. 187–194 7. Рахимов В. О. Безопасность объектов сжиженного природного газа // Рассохинские чтения: материалы межрегионального семинара (4-5 февраля 2010 года) / под ред. Н. Д. Цхадая. – Ухта: УГТУ, 2010. – с.189-192. 8. Рахимов В.О. Метод расчёта характеристик стратифицированной жидкости при «ролловере» в резервуаре для хранения сжиженного природного газа / В.О. Рахимов, Г.Е. Коробков // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. - 2012. - №1 — С.26-29. 9. Рахимов В.О. Возникновение процесса «ролловера» в хранилище жидкого метана при пожаре / В.О. Рахимов // Рассохинские чтения: материалы 502 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ межрегионального семинара (3-4 февраля 2011 года) / под. ред. Н.Д. Цхадая. -Ухта: УГТУ, 2011. - С. 332-335. 10. Физические свойства сжиженных углеводородных газов: учеб.пособ. / Л.А. Шацкая. Самара: Самар. гос. техн. ун-т., 2017. 68 с. 11. ТУ 021 00480689-96 Газ горючий природный сжиженный. Топливо для ракетной техники. СПб., ГИПХ. 1996. 12. Шаммазов А.М. [и др.]. Производство, хранение и транспорт сжиженного природного газа. СПБ.: Недра, 2007. 152 с ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМОВ АСПО С СОЗДАНИЕМ 3D МОДЕЛИ ИХ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ М.Р.Терегулов, А.И.Арефьев, А.А.Мордовин Самарский государственный технический университет г. Самара, Россия При эксплуатации резервуарных парков, нефтяные компании сталкиваются с рядом проблем. Одна из которых образование парафинистых отложений при хранении нефти в резервуарах. Отложения распределяются по дну неравномерно, наибольшая его толщина создается в участках, удаленных от приемо-раздаточных патрубков и устройств размыва донных отложений. Со временем осадок уплотняется и в отдельных зонах трудно поддается размыву. Причиной является недостаток информации о скоплениях парафинистых соединений, так как методика определения объёма донных отложений в резервуарах представленная в ГОСТ 7502-98, не является достаточно эффективной. Из-за этого возникает опасность химической коррозии. Вследствие чего, мы предлагаем комплекс программного обеспечения, который позволит создать максимально подробную модель рельефа отложений. Это сможет помочь своевременно планировать сроки и длительность процесса очистки. Также на основе полученных данных можно выбрать конкретную область для очистки дна резервуара, что повысит его эксплуатационные характеристики. В настоящее время существует множество, ПО, которые способны рассчитать рельеф дна по гидроакустическому сигналу. Одной из таких программ является Онтомап – B2. Это комплексная программа, которая предназначена для оценки дальности действия гидроакустических средств при заданных координатах и параметрах источника зондирующего сигнала и объекта эхолокации. Одним из главных достоинств данной программы состоит в том, что она дает визуальное представление исследуемых объектов в трехмерном виде. (Рис.1) 503 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ Рис.1 Предлагается способ для определения объема донных отложений путем гидроакустики с последующим анализом ее через специальное программное обеспечение Онтомап В2 и созданием 3D модели. Были разработаны два варианта выполнения данной задачи. Оба варианта имеют одинаковый принцип работы, а различие идет лишь в том, какой вариант рациональнее использовать на данный момент. Абсолютно автоматизированный (дистанционный) либо замер рабочим со стационарной крыши с последующим анализом через ПО. Переход на автоматизированный дистанционный замер позволит исключить человеческое участие при замере и значительно повысить точность измерения. Антенна-приемник размещается в короб из неискрообразующего материала и крепится к плавающему понтону. (Рис.2) Сигнал с антенны передается в контрольный пункт, где установлено программное оборудование. Анализируя данные, программа рассчитывает объем и конкретное место парафинистых образований. Создается 3D модель днища резервуара. 504 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ Рис.2 Второй вариант применим для резервуаров, не оборудованных понтоном. Рабочий поднимается с антенной и фиксирующим переносным устройством на резервуар. Через специальный патрубок на крыше опускает антенну на гибком проводе во взрывозащищенном пакете в резервуар, где и происходит замер. (Рис.3) Устройство фиксирует данные. Далее оно относится в диспетчерскую, где с помощью установленного программного обеспечения на компьютере данные обрабатываются. 505 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ Рис.3 Методика заключается в том, что помещенная в резервуар во взрывозащищенном пакете антенна-приемник испуская звуковую волну меняет свою скорость, проходя через вещества различной плотности. Волны равномерно распределяются по всему объему резервуара, что в дальнейшем даст нам полную картину объема жидкости и донных отложений внутри. Волны, отражаясь от поверхностей разных плотностей, идут обратно в приемник. После процедуры данные сохраняются на записывающем устройстве антенны. Она записывает длину и частоту волны при замере и на основе полученных данных анализируется как менялась скорость волны при прохождении через слои различной плотности. Таким образом, программа с высокой точностью фиксирует точку, в которой волна коснулась поверхности нефти и отразилась в приемник. Такие точки будут выстроены по всему объему резервуара благодаря свойствам распространения звуковых волн. Далее волна уже с измененной скоростью проходит до слоев с отличной плотностью, например, до донных отложений и опять отражается. Эффект повторяется до тех пор, пока волна не достигнет дна. Программа на основе полученных данных скоростей волн создает модель. Точность измерения максимальна, так как антенна перед замером улавливает посторонние шумы и в программном обеспечении будет поправка на замер. Получаем возможность отображения результатов расчета в удобной для пользователя форме в виде пространственной картины с различной цветовой палитрой (Рис.5), соответствующей градации параметров акустического поля (уровня потерь по трассе распространения). 506 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ Рис.5 Одним из главных преимуществ разработки считается возможность создания 3D модели. Благодаря ей появляется возможность рационально использовать системы размыва донных отложений. Независимо от типов нефтей и условий хранения определятся точное количество и область парафинистых отложений. После чего появляется возможность прогнозировать период и длительность очистки. Также указывается направление струи для размыва. Таким образом, значительно повышается энергоэффективность работы, и исключается возможность запарафинивания находящегося на дне резервуара оборудования. Библиографический список: 1. Гидроакустические преобразователи и антенны /Г.М. Свердлин //1980.-93с. 2. Гидроакустические приборы и измерения"/ В.М. Альберс //1972.-27с 507 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ 3. Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Оборудование резервуарное. Устройства размыва донных отложений для резервуаров/ООТ-23.020.00-КТН-023-16// 4. Основы гидроакустики и гидроакустические станции /И.К. Колесникова, И.А. Румынская // 1979.-242с. |