Тема 3.2 Трубопроводный транспорт нефтепродуктов

Развитие нефтепроводного и нефтепродуктопроводного транспорта в России.

Трубопроводный транспорт России имеет более чем вековую историю. У истоков создания трубопроводного транспорта был Д.И. Менделеев, считавший, что только строительство трубопроводов обеспечит надежную основу развития нефтяной промышленности и выведет российскую нефть на мировой рынок. Большой вклад в развитие нефтепроводного транспорта внесли В.Г. Шухов, С.Г. Войслав, К.И. Лисенко, Л.С. Лейбензон, М.И. Лазарев, И.П. Илимов и многие другие русские ученые, инженеры и изобретатели.

Появление трубопроводного транспорта связано с промышленным освоением нефтяных месторождений Баку и Грозного. В 60-е годы XIX столетия Бакинский район захлестывает нефтяной бум. Постоянные пожары, загрязнение жилых кварталов копотью и сажей заставили местные власти сосредоточить переработку нефти на удалении от города в так называемом Черном городе. Доставка нефти от промыслов к заводам Черного города осуществлялась в бочках и бурдюках на арбах.

С 70-х годов бурдюки были вытеснены деревянными бочками емкостью 20-25 пудов. Этот способ доставки был чрезвычайно дорогим. Еще в 1863 году Д.И. Менделеев при посещении Баку рекомендовал построить трубопровод для перекачки нефти с промыслов на завод, что, по его мнению, позволило бы существенно сократить затраты на перевозку. Тогда предложение Дмитрия Ивановича Менделеева не было принято.

В 1877 году в Баку открылось отделение Строительной конторы инженера, предприимчивого организатора технического производства, Александра Вениаминовича Бари, а главным инженером конторы становится Владимир Григорьевич Шухов. Со своими многочисленными идеями по применению новых технических средств и технологий А.В. Бари и В.Г. Шухов знакомят главу компании "Братья Нобель" Людвига Нобеля, действовавшего на нефтяном рынке Баку очень активно.

Вскоре контора А.В. Бари получает подряд на строительство трубопровода от Балаханских промыслов к заводу Л. Нобеля в Черном городе пропускной способностью 80 тысяч пудов нефти в сутки. После подписания контракта 25-летний В.Г. Шухов получает полную свободу действий по проектированию и строительству этого трубопровода. Ему предстояло впервые в России спроектировать полный комплекс сооружений трубопровода и воплотить проект в жизнь.

Поездка В.Г. Шухова в Америку накануне прибытия в Баку, безусловно, оказала влияние на эту работу. Ведь американцы практически осуществили идею Д.И. Менделеева, считавшего, что "необходимо, и даже крайне, проложить трубы и по ним вести сырую нефть до морских судов или до заводов, расположенных на море". Несколько позже Д.И. Менделеев писал по этому поводу: "Американцы будто подслушали: и трубы завели, и заводы учредили не подле колодцев, а там, где рынки, и сбыт, и торговые пути".

Шухов активно приступает к организационным работам по подготовке к прокладке трубопровода. Трубы для нефтепровода были выписаны из Америки, поскольку по качеству, низкой цене, быстроте поставок они были вне конкуренции. Строительство трубопровода сопровождалось постоянным противодействием его противников - владельцев бондарных предприятий, контор по перевозке нефти и самих возчиков. Поджог строительного склада в Балаханах, нарушение целостности труб, множество других помех при строительстве вынуждают Л. Нобеля прибегнуть к таким мерам, как охрана трассы, перекупка возчиков.

Трудности не сломили В.Г. Шухова, трубопровод был построен, и 1878 год вошел в историю как год строительства первого промыслового нефтепровода в России, а сам трубопровод явился родоначальником гигантской сети магистральных трубопроводов, эксплуатирующейся в настоящее время.

В 1881 году В.Г. Шухов публикует свою работу "Трубопроводы и применение их в нефтяной промышленности", которая на многие десятилетия стала основным руководством по проектированию трубопроводов. К 1883 году общая длина нефтепроводов в Бакинском районе составила 96 км с общей пропускной способностью свыше 200 тысяч пудов нефти в сутки. Трубопроводы практически вытеснили все другие виды перевозок нефти.

Одновременно со строительством промысловых трубопроводов обсуждается вопрос о дальнем транспорте нефти и нефтепродуктов по трубопроводам, поскольку с увеличением нефтедобычи в Баку все чаще и чаще возникали проблемы с отправкой нефти и керосина в другие районы России. Идея трубопровода постоянно обсуждалась среди прогрессивных ученых и политиков.

К концу 1914 года общая протяженность нефте- и продуктопроводов в России составляла 1278,7 км. Для сравнения: в США общая протяженность трубопроводов составляла 14,000 км, в том числе магистральных 7,000 км. Уровень развития трубопроводного транспорта был явно не в пользу России, хотя уровень технической оснащенности был примерно одинаков.

События, последовавшие после 1914 года, не были созидательными. Война, революция, вновь война, но уже гражданская, не способствовали строительству трубопроводов.

С 1941 года нефтяная промышленность страны перестраивалась на военный лад. Фронт и тыл надо было обеспечить горючим, для этого следовало: во-первых, всемерно увеличить добычу нефти в старых нефтяных районах; во-вторых, резко повысить добычу нефти в новых нефтяных районах и, прежде всего, между Волгой и Уралом, а также на востоке.

Особое место в истории трубопроводного транспорта занимает прокладка бензопровода по дну Ладожского озера. Этот трубопровод помог ленинградцам выдержать блокаду. Проект был подготовлен в сжатые сроки, поэтому многие узлы и элементы строили по эскизам. Он был сооружен за 43 дня – с 5 мая по 16 июня 1942 года. Ежедневно трубопровод подавал 400-600 тонн топлива в Ленинград. Бензопровод проработал без аварий более двадцати месяцев и отключен после снятия блокады.

После войны интенсивный рост объемов нефтедобычи в районе между Волгой и Уралом и в новых районах требовал быстрейшего развития транспортных коммуникаций. Строятся новые нефтепроводы.

К 1990 году изменившаяся политическая жизнь и экономические перемены привели к остановке строительства новых магистралей. В конце 1991 года с политической карты мира исчезает СССР. Пятнадцать новых государств разделили между собой общее имущество, в том числе и нефтепроводы. Единая нефтепроводная система осталась только в России. В некоторых странах - лишь часть магистральных нефтепроводов. Другие страны осуществляют транзит российской нефти.

Происходит полная реорганизация нефтяной промышленности и в России. 1992 год считается началом эпохи трубопроводного транспорта новой России.

Свойства нефтепродуктов, влияющие на технологию их транспорта.

Особенности трубопроводного транспорта нефтепродуктов.

Последовательная перекачка нефтепродуктов.

Последовательная перекачка нефтей и нефтепродуктов — транспортировка разносортных нефтепродуктов и нефтей с различными физико-химическими свойствами по одному магистральному трубопроводу последовательно (один продукт непосредственно за другим). Продукты поступают в трубопровод на головной станции из отдельных резервуаров и принимаются в резервуары на конечном пункте трассы отдельно один от другого так, чтобы жидкости не перемешивались.

Последовательная перекачка позволяет максимально загрузить магистральный трубопровод и обеспечить промышленность и сельское хозяйство различными видами нефтепродуктов. Последовательная перекачка уменьшает нагрузку на другие виды транспорта (железнодорожный, водный и т.д.). Кроме того, транспорт разносортных нефтей к нефтеперерабатывающим заводам методом последовательной перекачки позволяет избежать смешения нефтей в резервуарах на головной станции трубопровода и упростить технологию их переработки.

При циклической последовательной перекачке нефтепродукты, близкие по своим свойствам, группируются в партии. Например, в одну группу могут быть объединены карбюраторные, а в другую — дизельные топлива. Две партии нефтепродуктов, принадлежащих к различным группам, образуют цикл. Перед началом перекачки для каждого цикла составляют технологическую карту расположения нефтепродуктов в партии, где указывают порядок следования нефтепродукта данного сорта и его объём. Формирование партий и цикла на головном пункте трубопровода осуществляется согласно этой технологической карте. При этом партии нефтепродуктов формируются так, чтобы не было резкого изменения физико-химических свойств при переходе внутри цикла от одной партии нефтепродуктов к другой и наиболее ценные нефтепродукты (например, бензин с высоким октановым числом) оказались в середине партии. На магистральных нефтепродуктопроводах за год осуществляется последовательная перекачка с 30-50 циклами.

Последовательная перекачка имеет ряд существенных особенностей по сравнению с транспортом однородной жидкости (смесеобразование в зоне контакта разносортных нефтепродуктов и одновременное движение жидкостей с различными плотностями и вязкостями в трубопроводе). Процесс смесеобразования при последовательной перекачка методом прямого контактирования обусловлен структурой потока жидкости в трубопроводе. Скорость жидкости у внутренней поверхности трубопровода меньше, чем в центральных областях потока, поэтому идущий сзади нефтепродукт как бы "вклинивается" в нефтепродукт, идущий впереди. Одновременно с этим процессы диффузии перемешивают разносортные жидкости, создавая более или менее равномерное распределение вещества по сечению трубопровода, в результате чего в месте контакта разносортных жидкостей возникает область смеси, объём которой зависит от режима течения жидкостей, их вязкости, плотности, состояния линейной части трубопровода и т.п. В турбулентном потоке распределение скорости по сечению более равномерное, чем в ламинарном, поэтому меньше смесеобразование. Особенно существенное увеличение размеров области смеси наблюдается при остановках перекачки. В этом случае происходит подтекание слоев более тяжёлого нефтепродукта под слой более лёгкого. Для уменьшения смесеобразования нефтепродукты внутри цикла могут быть отделены друг от друга с помощью механических разделителей. Для осуществления последовательной перекачки с механическими разделителями (рис. 1) трубопровод оборудуется камерами запуска и приёма разделителей. Механические разделители выполняются в виде экранов, эластичных шаров и поршней. Смесь разносортных нефтепродуктов имеет физико-химические свойства, отличные от свойств перекачиваемых нефтепродуктов, и не может быть реализована как полноценный продукт.

Пропускная способность магистрального нефтепродуктопровода, по которому ведётся последовательная перекачка, ограничивается пропускной способностью одного из участков между соседними насосными станциями, заполненного в данный момент наиболее вязким нефтепродуктом. Поэтому при последовательной перекачке нефтей и нефтепродуктов поддерживают давление не выше максимально допустимого из-за прочности труб и не ниже минимально допустимого из-за кавитации в центробежных насосах. С этой целью предусматриваются два технологических режима либо с "подключёнными резервуарами", либо "из насоса в насос". Разветвлённые магистральные нефтепродуктопроводы имеют отводы от основные трассы к нефтебазам, раздаточным пунктам. При последовательной перекачке по таким системам отводы подключают так, чтобы избежать увеличения смесеобразования. В связи со смесеобразованием и цикличностью перекачки очень важен контроль за движением зон контакта и положением партий вдоль трассы. С этой целью ведётся график движения зон контактов на основе данных приборов контроля за прохождением смеси через перекачивающую станцию и выполняются расчёты положения зон контактов. Всё это позволяет диспетчеру давать команды на подготовку смесевых резервуаров, включение и отключение отводов к нефтебазам и раздаточным пунктам. Смесь нефтепродуктов принимают обычно на конечном пункте нефтепродуктопровода и реализуют путём подмешивания к соответствующим нефтепродуктам с учётом запаса качества последних или направляют на нефтеперерабатывающий завод как сырьё для переработки вместе с нефтью.

Цикл перекачки.

Последовательная перекачка разноименных и разносортных нефтепродуктов по магистральным трубопроводам осуществляется циклами. Каждый цикл состоит из нескольких партий нефтепродуктов, располагающихся в определенной последовательности. Порядок последовательности партий нефтепродуктов в цикле определяется таким образом, чтобы каждый нефтепродукт контактировал с двумя другими, наиболее близкими к нему по своим свойствам.

При последовательной перекачке различных марок бензинов контактирующие пары подбираются с наименьшей разницей их октановых чисел.

При последовательной перекачке различных марок (видов) дизельных топлив контактирующие пары подбираются с минимальной разницей температур их вспышки, а при одинаковой разнице температур вспышек — с минимальной разницей содержания серы.

В контакте с летним дизельным топливом с температурой вспышки 62С и максимальным запасом качества по температуре вспышки и зимним дизельным топливом, а также в контакте с бензинами рекомендуется закачивать летнее дизельное топливо с температурой вспышки 40°С.

В контакте с экспортным или экологически чистым дизельным топливом рекомендуется закачивать летнее дизельное топливо с температурой вспышки 62°С с необходимым запасом качества.

В целях снижения смесеобразования допускается закачивать в зону контакта различных нефтепродуктов в качестве буферных пробок технологические смеси этих нефтепродуктов.

Осуществлять это мероприятие рекомендуется только после проведения опытной последовательной перекачки нефтепродуктов.

Время закачки в МНПП партий нефтепродуктов и объемы этих партий определяются диспетчерской службой производственного отделения (ПО) совместно со службой качества и согласовываются с товаротранспортной службой и диспетчерской службой ОАО "АК "Транснефтепродукт", а также с товаротранспортной службой (ТТС) и службой качества нефтепродуктов дочернего общества. Закачка очередной партии нефтепродуктов в магистральный нефтепродуктопровод производится по телефонограмме диспетчера ПО оператору головной перекачивающей станции. Закачка в МНПП каждого нефтепродукта (марки) производится только по разрешению диспетчера дочернего общества или ПО.

На каждую партию последовательно перекачиваемых нефтепродуктов лабораторией головной перекачивающей станции совместно с товаротранспортной службой составляется карта закачки, в которой указываются последовательность подключения к МНПП резервуаров с нефтепродуктами, высота взлива нефтепродуктов в них, значения качественных характеристик нефтепродуктов:

• плотности, температуры конца кипения и октанового числа — для бензинов;

• плотности, температуры вспышки и содержания серы — для дизельных топлив;

• плотности, температуры начала кристаллизации, содержания воды и механических примесей — для реактивных топлив.

Примечание: при необходимости могут определяться и другие показатели качества перекачиваемых нефтепродуктов.

Фактические данные по закачке в МНПП очередной партии контактирующих нефтепродуктов с их качественными характеристиками передаются диспетчером ПО на промежуточные перекачивающие станции и конечный пункт МНПП.

Разделение смеси нефтепродуктов в конце трубопровода.

Прием и раскладка смесей на пунктах приема-сдачи МНПП производятся по карте раскладки, составленной инженером-химиком и начальником товаротранспортной службы на основании данных, полученных от головной перекачивающей станции о качестве закачанных в МНПП нефтепродуктов, и результатов контроля за прохождением смеси на предпоследнем пункте с учетом увеличения объема смеси на последнем участке МНПП. Кроме того, необходимо учитывать наличие смеси нефтепродуктов в технологических объектах пункта приема-сдачи МНПП.

Контроль за продвижением партий нефтепродуктов, приемом и раскладкой их смесей осуществляется в соответствии с п.п. 9.1-9.6 Инструкции.

При последовательной перекачке одноименных нефтепродуктов (бензинов и дизельных топлив различных марок и т.п.) образовавшаяся смесь раскладывается по резервуарам с соответствующими нефтепродуктами в процессе ее приема.

Количество смеси, добавляемой в каждый нефтепродукт, зависит от его запаса качества по показателю, на который влияет примесь контактировавшего с ним нефтепродукта, и определяется конкретно в каждом случае.

При отсутствии запаса качества у высокосортного нефтепродукта вся смесь принимается в резервуар с низкосортным нефтепродуктом при условии сохранения его качества. При наличии запаса качества у бензина или дизельного топлива допускается часть смеси сбрасывать в высокосортный нефтепродукт при условии сохранения их качества.

Оформление соответствующего перечисления нефтепродуктов из сорта в сорт производится в плановом порядке на основании месячных объемов их перекачки и расчетного количества нормативных технологических смесей.

При последовательной перекачке топлива для реактивных двигателей между партиями бензина или дизельного топлива образовавшаяся смесь добавляется только в бензин или дизельное топливо.

Не допускается раскладка смеси топлива для реактивных двигателей с бензином или дизельным топливом в топливе для реактивных двигателей.

В пунктах приема-сдачи смесь "бензин — дизельное топливо" разделяется на "тяжелую" и "легкую", как правило, при 50-процентном соотношении этих нефтепродуктов в смеси для последующего исправления "тяжелой" смеси в дизельное топливо, а "легкой" смеси — в бензин. При недостатке ресурсов нефтепродуктов для исправления смеси или малом запасе качества одного из контактирующих нефтепродуктов граница разделения смеси передвигается в сторону этого нефтепродукта.

Прием и раскладка смеси бензинов и дизельных топлив в пунктах приема-сдачи может осуществляться по двум вариантам:

• первому, состоящему в разделении смеси контактировавших нефтепродуктов на две части: "тяжелый бензин" и "легкое дизельное топливо", приеме каждой части в отдельные "смесевые" резервуары и последующей раскладке смесей в исходные нефтепродукты, исходя из имеющихся ресурсов и запасов их качества;

• второму, состоящему в раскладке смеси "сходу", т.е. при приеме контактировавших нефтепродуктов сразу в несколько подключенных резервуаров с одинаковым уровнем взлива, чтобы при заполнении этих резервуаров до максимального уровня взлива содержащиеся в них нефтепродукты соответствовали стандарту.

Раскладка смеси контактировавших бензина и дизельного топлива по первому варианту состоит в приеме части их смеси в смесевые резервуары для дальнейшей раскладки.

В этом случае смесь делится на две части: "тяжелый бензин", в котором содержится примерно 20% примеси дизельного топлива, и "легкое дизельное топливо", в котором содержится примерно 20% бензина.

Границей отсечения "легкой" части смеси от стандартного бензина считается смесь с концентрацией дизельного топлива в бензине 2-3%, что соответствует температуре конца его кипения 220-230°С.

Границей отсечения "тяжелой" части смеси от стандартного дизельного топлива считается смесь с концентрацией бензина в дизельном топливе 2-3%, что соответствует температуре его вспышки 18-25°С.

Концентрации — с (процентные содержания — p = с · 100%) нефтепродуктов в смеси определяются по плотности смеси и контактирующих нефтепродуктов по формулам:

где сб, сдт — концентрации контактирующих бензина и дизельного топлива в смеси;

рб, рдт — их процентные содержания в смеси (%);

б, дт — плотности бензина и дизельного топлива (кг/м3);

с — плотность смеси (кг/м3).

Пример. Плотность с смеси бензина и дизельного топлива в пробе нефтепродукта, взятого из МНПП, — 805 кг/м3. Определить процентные содержания бензина и дизельного топлива в смеси, если плотность бензина б — 760 кг/м3, а плотность дизельного топлива дт — 840 кг/м3.

Расчет. По формулам 14 и 15 находим концентрации нефтепродуктов в смеси:

Процентное содержание — рб бензина в смеси составляет 43,75%, а дизельного топлива — рдт = 56,25%.

В карте раскладки смеси по первому варианту указываются номера смесевых резервуаров и резервуаров для приема стандартных нефтепродуктов, а также значения плотностей "отсечек" смеси, при которых должны быть произведены все переключения.

В смесевых резервуарах лаборатория определяет процентные содержания бензина и дизельного топлива и составляет карту подкачки смесей в резервуары с нефтепродуктами, имеющими запас по качеству.

Подкачка "тяжелого бензина" производится в резервуары с небольшими количествами бензина с последующим заполнением их бензином, имеющим запас качества по температуре конца кипения.

Подкачка "легкого дизельного топлива" производится в резервуары с дизельным топливом, имеющим запас качества по температуре вспышки, с уровнем взлива 3-4 м, после чего резервуары заполняются до максимального уровня.

Указанные уровни взлива в резервуарах необходимы для последующего лучшего перемешивания смесей со стандартными нефтепродуктами.

Целесообразно производить подкачку смесей непосредственно в приемный трубопровод.

При раскладке смесей в резервуары с исходными нефтепродуктами необходимо учитывать наличие смесей и нестандартных нефтепродуктов в технологических трубопроводах.

Раскладка смеси контактировавших бензина и дизельного топлива по второму варианту состоит в ее приеме "сходу" одновременно в несколько подключенных резервуаров с тем, чтобы при дальнейшем заполнении резервуаров до полного взлива нефтепродукты соответствовали стандарту.

Раскладка "легкой смеси" производится в расчетное количество резервуаров с небольшими остатками бензина с максимальным запасом качества по температуре конца кипения. Указанные уровни взлива в резервуарах необходимы для лучшего перемешивания смеси со стандартным бензином.

Раскладка "тяжелой смеси" производится в расчетное количество резервуаров с уровнем взлива 3-4 м дизельного топлива, имеющего максимальный запас качества по температуре вспышки. Указанные уровни взлива в резервуарах необходимы для лучшего перемешивания смеси со стандартным дизельным топливом.

В карте раскладки указываются номера резервуаров для приема "тяжелой" и "легкой" смесей, количество нефтепродуктов в этих резервуарах и их качественная характеристика, плотности смесей, при которых должны быть произведены переключения резервуаров.

Из резервуаров с нефтепродуктами, в которые была добавлена смесь, кроме объединенной средней пробы, предусмотренной ГОСТ 2517-85 Нефть и нефтепродукты. Методы отбора проб, отбираются и анализируются все три слоя:

• для бензина отбираются пробы из нижнего слоя и определяется температура конца кипения;

• для дизельного топлива отбираются пробы из верхнего слоя и определяется температура вспышки.

В случае невозможности раскладки смеси из-за отсутствия достаточных ресурсов нефтепродуктов или необходимого запаса качества одного или обоих нефтепродуктов реализация смеси осуществляется в соответствии с условиями договоров.