Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Гидроударные явления – главная угроза технологической безопасности налива судов на причалах морских нефтеналивных терминалов 18
1.1. Основные технологические элементы гидравлической системы морского нефтеналивного терминала 19
1.1.1. Резервуарный парк 20
1.1.2. Система подачи продукта на судно 21
1.1.3. Система измерения и контроля качества отгружаемого продукта 22
1.1.4. Запорно-регулирующая арматура 23
1.1.5. Причальные устройства 25
1.1.6. Шлангующие устройства 27
1.1.7. Система защиты от гидравлического удара 27
1.2. Классификация морских нефтеналивных терминалов 29
1.2.1 Классификация по типу отгружаемого продукта 30
1.2.2 Классификация по способу подачи продукта на судно 31
1.2.3 Классификация по типу используемого причального устройства 33
1.3. Гидроударные явления в системе наливных трубопроводов морских терминалов 33
1.3.1 Основные причины возникновения гидравлического удара 34
1.3.2 Последствия гидравлического удара 35
1.3.3 Способы защиты наливных трубопроводов от гидравлического удара 37
1.4. Обзор средств защиты от гидроударных явлений 38
1.4.1. Мембраны предохранительные разрывные 38
1.4.2. Предохранительные газовые колпаки 40
1.4.3. Пружинные предохранительные клапаны 41
1.4.4. Предохранительные клапаны с газовой пружиной
1.4.5 Предохранительные клапаны с пилотным управлением 47
1.4.6 Предохранительные клапаны с разгруженной пружиной
1.5. Обзор патентной информации в области разработки средств защиты нефтепроводов от волн давления 50
1.6. Обзор исследований переходных процессов в трубопроводах 53
1.7. Цели и задачи диссертационного исследования 58
ГЛАВА 2. Теоретические основы исследования переходных процессов в наливных трубопроводах морских терминалов 61
2.1. Теоретические основы расчета переходных процессов в наливных
трубопроводах морских терминалов 61
2.1.1 Дифференциальные уравнения неустановившегося течения жидкости 62
2.1.2 Упрощающие допущения 65
2.1.3 Система расчетных уравнений 66
2.1.4. Метод характеристик для расчета неустановившихся течений слабо сжимаемой жидкости в трубопроводах 67
2.2. Моделирование работы прндохранительного клапана (кп) с газовым аккумулятором 73
2.2.1. Характерные параметры, определяющие работу предохранительного клапана 74
2.2.2. Моделирование работы предохранительного клапана на трубопроводе 78
2.2.3. Суммарный объем нефти, перепускаемой через предохранительные клапаны 81
2.3. Моделирование работы запорно-регулирующей арматуры 81
2.3.1. Характерные параметры, определяющие работу задвижки 82
2.4. Моделирование работы насосного агрегата 84
2.4.1. Характерные параметры, определяющие работу насоса в переходном процессе 84
2.4.2. Уравнения насосного агрегата
2.5. Оценка точности при моделировании переходных процессов в трубопроводах морского терминала методом характеристик 87
2.6. Пример расчета переходных процессов в гидравлических системах морских нефтеналивных терминалов 88
Выводы 94
Глава 3. Исследование трубопроводной системы морского терминала на безопасность к гидравлическому удару 95
3.1. Оценка влияния времени закрытия судовых задвижек на уровень повышения давления в наливном трубопроводе морского терминала 95
3.1.1. Методика проведения исследования 99
3.1.2. Оценка максимального уровня повышения давления в гидравлической системе терминала 101
3.1.3. Безопасное время закрытия судовых задвижек – обобщенная формула 102
3.2. Исследование проблем безопасности, связанных с закрытием запорно-регулирующей арматуры 104
3.2.1. Эффективное время закрытия задвижки 105
3.2.2. Постановка задачи 106
3.2.3. Оценка эффективного времени закрытия задвижки в промежуточном сечении трубопровода 108
3.2.4. Исследование гидроударных явлений на примере медленного закрытия полноразмерной шиберной задвижки 110
3.3. Особенности использования задвижек безопасности в гидравлической системе морского терминала 114
3.3.1. Задвижка безопасности как потенциальная угроза «прямого» гидравлического удара 115
3.3.2. Оценка минимально допустимого времени закрытия задвижки безопасности 116
3.3.3. Оценка максимальной допустимой протяженности трубопровода между задвижками безопасности 122
3.4. Последовательность обследования трубопроводной системы морского терминала на безопасность к гидравлическому удару 127
3.4.1. Предварительный выбор способа защиты, расположения и параметров СЗГУ 128
3.4.2. Уточнение параметров СЗГУ на конечном этапе проектирования терминала 129
3.4.3. Корректировка настройки параметров СЗГУ действующего морского нефтеналивного терминала 130
3.5. Основные этапы экспертизы эффективности защиты от гидравлического удара действующего морского нефтеналивного терминала 133
3.5.1. Безопасность налива судов у причалов 133
3.5.1.1. Закрытие судовых задвижек и задвижек дрейфовой безопасности ERS 135
3.5.1.2. Самопроизвольное закрытие задвижек безопасности 137
3.5.1.3. Самопроизвольное закрытие запорной арматуры 138
3.5.1.4. Самопроизвольное закрытие регулятора давления/расхода 139
3.5.2. Обеспечение безопасности внутрипарковой перекачки нефти 140
3.5.3. Обеспечение безопасности приема нефти в резервуарный парк 140
3.5.4. Обеспечение безопасности при прямом наливе судна из магистрального нефтепровода 143
3.5.5. Выводы 145
ГЛАВА 4. Обеспечение защиты морских нефтеналивных терминалов от гидравлического удара при расположении СЗГУ на причале 146
4.1. Предпроектная оценка параметров системы защиты морского нефтеналивного терминала от гидравлического удара 146
4.1.1. Постановка задачи 147
4.1.2. Метод решения 148
4.1.3. Расход через клапаны 150
4.1.4. Объем сброса нефти через СЗГУ 151
4.1.5. Пример оценки параметров СЗГУ 153
4.1.6. Выводы 157
4.2. Влияние значения уставки давления предохранительных клапанов на эффективность системы защиты от гидроудара 158
4.2.1. Объект исследования 159
4.3.1. Результаты расчетов 162
4.3.2. Выводы 166
4.3. Особенности защиты многопричальных нефтеналивных терминалов от гидравлического удара 167
4.3.1. Допустимое расстояние между СЗГУ и судовыми задвижками 169
4.3.2. Пример оценки допустимого удаления СЗГУ от судовых задвижек 170
4.3.3. Оценка эффективности размещения СЗГУ в корне мола, и проблема тупикового участка наливного трубопровода 173
4.3.4. Оценка эффективности размещения СЗГУ в конце мола 174
4.3.5. Выводы. 176
4.4. Защита трубопроводов морских нефтеналивных терминалов от гидравлического удара с помощью береговой компенсаторной емкости 177
4.4.1. Постановка задачи 177
4.4.2. Схема защиты нефтеналивного трубопровода 178
4.4.3. Предварительная оценка 179
4.4.4. Поверочные расчеты 181
4.4.5. Вывод 184
4.5. Особенности определения параметров системы защиты от гидроудара при погрузке сжиженных углеводородных газов 184
4.5.1. Исходные предпосылки. 186
4.5.2. Метод количественных оценок 189
4.5.3. Пример расчета 192
4.5.4. Вывод 194
Список литературы 296
- Система подачи продукта на судно
- Дифференциальные уравнения неустановившегося течения жидкости
- Оценка максимального уровня повышения давления в гидравлической системе терминала
- Особенности защиты многопричальных нефтеналивных терминалов от гидравлического удара
Система подачи продукта на судно
Морской нефтеналивной терминал является конечным звеном магистрального нефтепровода. Однако, в отличие от практически непрерывной транспортировки нефти по магистральному нефтепроводу, отгрузка нефти на суда осуществляется циклично, с высокой производительностью, при которой скоростью потока нефти в наливном трубопроводе терминала в несколько раз превышает скорость потока нефти в магистральном нефтепроводе. Именно поэтому последствия гидроударных явлений в процессе налива судна представляют большую опасность не только для оборудования терминала, но и для окружающей среды, так как разгерметизация наливного трубопровода нередко сопровождается проливом нефти в море. Нештатная работа любого задействованного в процессе погрузки судна устройства может послужить причиной гидроударных явлений и привести к аварии. Поэтому в данной главе рассматривается основное оборудование терминала с указанием характеристик, которые необходимо учитывать при исследовании нестационарных процессов. Проводится классификация терминалов по способу подачи продукта на судно, по типу причального устройства, у которого производится обработка судна, а также по типу отгружаемого продукта, так как перечисленные особенности терминалов оказывают определяющее влияние на выбор способа защиты терминала от гидроударных явлений. Кроме того, в данном разделе рассматриваются основные причины, которые могут привести к гидравлическому удару, анализируются последствия гидравлического удара и способы защиты от него. Приводится обзор средств защиты от гидравлического удара, обзор патентной информации, а также анализ теоретических и экспериментальных исследований переходных процессов в трубопроводах. На основании выполненного обзора формируются цели и задачи данного исследования.
Погрузка нефти и нефтепродуктов на танкера для дальнейшей транспортировки за рубеж осуществляется на морском нефтеналивном терминале (МНТ). МНТ представляет собой комплекс береговых и причальных сооружений, позволяющих производить обработку танкеров у причальных устройств, в ходе которой осуществляется налив нефти и нефтепродуктов в танки судна.
Схема морского нефтеналивного терминала: РП - резервуарный парк, НН - наливная насосная, НТ - наливной трубопровод, СИККН - коммерческий узел учета, УРР - узел регулирования расхода, ШТ - шлангующий трубопровод Схема МНТ приведена на рис.1.1. Как следует из рис. 1.1, нефть из резервуарного парка РП по наливному трубопроводу НТ с помощью наливной насосной НН подается к коммерческому узлу учета СИККН, на котором осуществляется измерение количества и качества нефти, отгружаемой на судно. После СИККН нефть по наливному трубопроводу через узел регулирования расхода УРР поступает на причальные сооружения к шлангующему трубопроводу ШТ. через ШТ нефть подается в судовой трубопроводный коллектор, по которому распределяется по танкам судна.
Кроме того, в состав оборудования нефтеналивных терминалов могут входить сооружения по приемке и очистке балластных вод, по бункеровке судов и т.д. Основное назначение оборудования нефтеналивных терминалов – обеспечить погрузку танкера с максимально возможной производительностью с целью минимизации простоя судна, при этом риск возникновения аварийных ситуаций должен быть минимальным.
Нефть и нефтепродукты поступают к морскому нефтеналивному терминалу по магистральному нефтепроводу практически непрерывно, с редкими остановками на проведение регламентных работ. В отличие от непрерывной работы магистрального нефтепровода на морском терминале отгрузка нефти на суда происходит импульсно, с высокой производительностью. В соответствии с современными нормами продолжительность обработка судна у причала не должна превышать 24 ч, при этом процесс непосредственного налива, как правило, не превышает 10 – 12 ч. В случае непогоды постановка судна к причалу может также выполняться с задержкой во времени. Для компенсации неравномерности в отгрузке нефти на суда и непрерывности поступления нефти по магистральному нефтепроводу на морском нефтеналивном терминале используется резервуарный парк. Объем резервуарного парка выбирается с учетом непогоды и возможной неравномерности прихода судов из условия обеспечения максимального объема перевалки нефти по магистральному нефтепроводу.
Для обеспечения максимального годового объема перевалки мощностей терминала должно хватать, что бы в процессе налива освобождать резерву арный парк от накопленной при непогоде, а также из-за неравномерности отгрузки нефти. Это достигается, в частности, высокими скоростями потока нефти в наливном трубопроводе. Скорость потока нефти в наливном трубопроводе может в 2 - 3 раза превышать скорость потока нефти в магистральном нефтепроводе и, следовательно, во столько же раз выше амплитуда волны давления при гидравлическом ударе. Именно поэтому гидроударные процессы в наливных трубопроводах морского терминала чрезвычайно опасны и вопросы защиты терминалов от гидроударных явлений требуют особого внимания.
Проектной производительности погрузки продукта на судно соответствуют определенные потери напора в наливном трубопроводе терминала с установленным на нем оборудованием. Выбор способа обеспечения требуемого напора в гидравлической системе терминала во многом зависит от геодезического расположения резервуарного парка относительно уровня моря. Возможны четыре способа подачи продукта на судно: - насосная подача продукта принимается для терминалов с расположением резервуарного парка на низкой относительно уровня моря геодезической отметке, когда гидростатический напор столба продукта в наливном трубопроводе терминала значительно ниже требуемого значения; - безнасосная подача продукта на судно возможна в случае, когда высотное расположение резервуарного парка обеспечивает требуемый уровень гидростатического напора в трубопроводной системе терминала, что позволяет осуществлять налив с требуемой производительностью без использования насосных агрегатов. Как следует из опыта эксплуатации Новороссийского морского нефтеналивного терминала ОАО «Черноморт-ранснефть» избыточный гидростатический напор при избыточно высоком расположении резервуарного парка может приводить к значительным трудностям как в плане управления процессом погрузки, так и при защите терминала от гидроударных явлений; - комбинированная система подачи продукта на судно может использоваться с случае, когда высотное расположение резервуарного парка не обеспечивает требуемого гидростатического напора. В этом случае располагаемый гидростатический напор терминала учитывается при выборе параметров насосного оборудования терминала. На терминале такого типа при погрузке с максимальной производительностью необходимо использовать оборудование наливной насосной. При малой производительности налива, например, на начальной или конечной ступенях погрузки, насосные агрегаты отключаются; - самотечная-безнасосная подача продукта на судно является разновидностью безнасосной подачи, когда на отдельных участках наливного трубопровода терминала реализуется режим течения с неполным заполнением сечения трубопровода. Такой режим подачи продукта на судно можно реализовать лишь в случае, когда располагаемый уровень гидростатического напора, обеспечиваемый высотным расположением резервуарного парка, значительно превышает значение напора, требуемого для обеспечения погрузки судна с проектной производительностью.
Дифференциальные уравнения неустановившегося течения жидкости
Гидравлическим ударом называют быстрое повышение давление в трубопроводе, вызванное перекрытием его сечения в процессе транспортировки жидкости. В связи с тем, что наливные трубопроводы МНТ оборудованы большим количеством запорно-регулирующей арматуры, для морских нефтеналивных терминалов гидроударные явления достаточно частое явление. Рассмотрим основные причины, которые приводят к гидравлическому удару в наливном трубопроводе МНТ.
В качестве причин возникновения гидравлического удара в системе наливных трубопроводов морского нефтеналивного терминала можно выделить: несанкционированное закрытие судовых задвижек в процессе погрузки судна. Существуют различные причины, по которым ответственным за погрузку членом команды судна принимается решение о закрытии судовых задвижек в процессе налива судна. Причиной несанкционированного закрытия судовых задвижек и остановки погрузки судна может быть угроза переполнения танка судна, обнаружение протечки в трубопроводной системе судна, обнаружение протечки из нефтяного танка судна в танк с балластной водой, угроза возникновения пожара на судне и т.д. Как правило, для защиты от гидравлического удара, вызванного закрытием судовых задвижек, на причале перед стендерами к наливному трубопроводу подключается система защиты от гидравлического удара (СЗГУ); автоматическое закрытие встроенных в стендеры задвижек дрейфовой безопасности. В процессе налива при повышенной ветровой и/или штормовой нагрузках подвижка судна у причала может превысить допустимое значение. При возникновении угрозы самопроизвольной отшлан-говки стендерных устройств и пролива нефти в море автоматически следует команда на закрытие задвижек дрейфовой безопасности и остановку погрузки. В случае, когда в процессе погрузки судна персоналом морского терминала выявлены какие-либо технические неполадки, то закрытие задвижек дрейфовой безопасности, а также остановка налива могут активироваться нажатием на специальные кнопки «Стоп погрузка», расположенные в шкафу управления стендерами на причале и в диспетчерской; - самопроизвольное закрытие секущей задвижки. Даже при невысоком быстродействии самопроизвольное закрытие секущей задвижки в процессе налива судна с максимальной производительностью может сопровождаться гидравлическим ударом с превышением допустимого для наливного трубопровода уровня давления. Как правило, на терминале состояние секущих задвижек не контролируется системами автоматики, поэтому их самопроизвольное закрытие в процессе налива может привести к гидравлическому удару с разгерметизацией наливного трубопровода и проливом нефти в акваторию порта; самопроизвольное закрытие регуляторов расхода/давления. Использование на наливном трубопроводе регуляторов расхода/давления сопряжено с опасностью их самопроизвольного закрытия, например, по ложной команде, и требует проверки на безопасность к гидравлическому удару; автоматическое или самопроизвольное закрытие задвижек безопасности. Так как время полного открытия/закрытия задвижки безопасности обычно составляет от 5-ти до 30-ти секунд, то ее закрытие в процессе налива судна может привести к гидравлическому удару; автоматическое или самопроизвольное закрытие обратного клапана быстро-разрывного соединения шлангующего трубопровода выносного причального устройства. Так как время закрытия обратного клапана разрывного соединения может составлять от 5-ти до 45-ти секунд, то необходимо убедиться, что закрытие обратного клапана разрывного соединения будет безопасным для наливного трубопровода и установленного на нем оборудования.
К основными характеристиками гидравлического удара следует отнести максимальный уровень повышения давления, продолжительность, ско 36 рость нарастания давления, градиент давления во фронте бегущей по трубопроводу волны. Разрушающее воздействие на трубопровод при гидравлическом ударе оказывает: - высокий уровень максимального давления. Очевидно, что повышение давления в трубопроводе выше допустимого уровня может привести к его разрушению; - продолжительное силовое нагружение. Продолжительность силового нагружения зависит от времени пробега волны давления по наливному трубопроводу и может составлять от нескольких секунд до минуты и более, в зависимости от протяженности наливного трубопровода. Даже при сохранении целостности длительное нагружение наливного трубопровода может привести к его разгерметизации, например, могут быть «выбиты» прокладки фланцевых соединений; - скорость нарастания давления. Высокая скорость нарастания давления соответствует большому градиенту во фронте волны давления, распространяющейся в нефтепроводе после гидравлического удара. Для трубопровода, проложенного на опорах, имеющего сложный профиль и П-образ-ные компенсаторы, высокий градиент давления на фронте распространяющейся волны ведет к большому перепаду давления на сравнительно коротких участках трубы, что вызывает повышенную силовую нагрузку на отдельные опоры или группы опор. При большом значении градиента давления на фронте волны возможно разрушение узлов крепления трубопровода к «мертвым» опорам, и трубопровод будет сброшен с опор; - следующие за гидравлическим ударом колебания давления создают неблагоприятную многократную знакопеременную нагрузку на наливной трубопровод и установленное на нем оборудование.
Использование в качестве системы защиты от гидравлического удара энергонезависимых защитных устройств, таких как предохранительные клапаны, газовые колпаки, разрывные мембраны и т.д. позволяет обеспечить наиболее высокий уровень безопасности процесса погрузки судов на морских нефтеналивных терминалах.
Использование средств автоматики для упреждающей остановки процесса погрузки судна при угрозе возникновения гидравлического удара в наливном трубопроводе морского терминала. Нередко на выносных причальных устройствах невозможно разместить систему защиты от гидравлического удара из предохранительных клапанов и сбросной емкости, а также насосного оборудования для возврата продукта из сбросной емкости в наливной трубопровод. В таких случаях для защиты терминала от гидравлического удара используются специальные системы автоматики. В настоящее время применение источников бесперебойного питания и дублирования сигналов по линиям оптоволоконной связи позволяет значительно повысить уровень безопасности при использовании автоматики для защиты морских терминалов от гидроударных явлений.
Оценка максимального уровня повышения давления в гидравлической системе терминала
Главной особенностью пружинных клапанов, которая делает их особенно привлекательными, является низкая стоимость, простота конструкции, монтажа и последующей эксплуатации. Обычно пружинные клапаны устанавливаются на участки трубопроводов, изолированные секущими задвижками, и используются для защиты трубопровода от повышения давления, вызванного температурным расширением нефти.
К недостаткам пружинных предохранительных клапанов следует отнести большие размеры, низкую пропускную способность, невысокое быстродействие (время полного открытия клапана до 1 с), высокое значение превышения давления полного открытия над давлением срабатывания клапана (до 30%), высокое значение требуемого снижения давления в трубопроводе относительно давления срабатывания для полного закрытия клапана (до 20%); перенастройка клапана возможна лишь в узком диапазоне заводской настройки давления срабатывания
Использование пружинных предохранительных клапанов на жидких средах имеет ряд особенностей. Внезапное открытие клапана на большой ход при аварийном повышении давления сопровождается, как правило, резким паде 43 нием давления в подзолотниковой и надзолотниковой зонах из-за невозможности расширения жидкости, что приводит к закрытию клапана. Скоротечность процесса закрытия приводит в ряде случаев к гидравлическим ударам в системе и автоколебаниям. Для обеспечения высокой пропускной способности пружинных клапанов требуются длинные пружины, которые сложны в производстве и имеют значительный разброс характеристик. При одинаковом типоразмере пропускная способность пружинных клапанов в два и более раз меньше пропускной способности клапанов, использующих газовую пружину.
Газовая пружина представляют собой устройство, использующее энергию сжатого газа для создания усилия на штоке поршня предохранительного клапана. Сегодня эти изделия распространены чрезвычайно широко. На Российском рынке можно встретить продукцию как отечественных, так и зарубежных фирм: Ace (США), Bansbach (Германия), SKF (Швеция)/Stabilus (Германия), Suspa (Германия). Наши производители нацелены, прежде всего, на удовлетворение потребностей автомобильной промышленности. Их названия: ОАО «Ско-пинский автоагрегатный завод» (Россия) и «Гродненский завод автомобильных агрегатов» (Беларусь).
По сравнению с механическими пружинами, газовые имеют следующие преимущества: близкая к линейной характеристика жесткости даже при больших усилиях и длинных ходах штока поршня клапана; компактность конструкции; простота и легкость монтажа; и д.р.
Газовая пружина, также, как и газовый колпак (см. рис. 1.6), состоит из корпуса, заполненного азотом (N2). На корпусе, на его верхней и нижнем концах выполнены присоединительные элементы, которые могут иметь различное исполнение. Азот исполняет роль источника энергии. В качестве разделителя между газом и транспортируемым по трубопроводу продуктом может использоваться грушевидный резиновый разделитель (рис. 1.6), либо разделитель поршневого типа. В качестве предохранительных клапанов с газовыми пружинами, используемых в системах защиты от гидроудара на морских нефтеналивных терминалах в настоящее время используются клапаны типа «Флексфло» и клапаны типа «Данфло».
Когда давление в газовой полости 4 клапана (отмеченное зеленым цветом на рис. 1.8 а и б) выше или равно давлению в продукта в трубопроводе (отмеченное синим цветом на рис. 1.8 а), эластичная манжета прижимается к сердечнику и препятствует перетеканию продукта. В противном случае давление продукта (отмеченное оранжевым цветом на рис. 1.8 б) в трубопроводе начинает растягивать резиновую манжету, отжимая ее от перфорации и обеспечивая возможность для перетекания продукта в сбросную емкость. Максимальный расход продукта через перфорацию в сбросную емкость обеспечивается при полном отжатии резиновой манжеты. Система защиты от гидравлического удара на базе клапанов «Флексфло» используется на Туапсинском морском нефтеналивном терминале при погрузке нефтепродуктов.
В клапанах типа «Данфло» внутренняя полость (4), расположенная за поршнем клапана (1), заполнена газообразным азотом. Полость клапана (4) через узел (5) подключена к ресиверу, давление азота в котором позволяет настроить давление срабатывания клапана на требуемое значение. Клапан остается в закрытом положении до тех пор, пока давление жидкости в трубопроводе не превысит давление газа за поршнем (установочное давление).
Особенности клапанов «Данфло»: - высокое значение коэффициента расхода клапана означает, что для обеспечения защиты трубопровода от воли давления потребуются меньшие размеры и (или) меньшее число таких клапанов; - высокое быстродействие - полное открытие клапана за 0,1 с. Быстрое открытие и плавное закрытие клапанов обеспечивают своевременное реагирование на изменение давления в системе жидкости. - дополнительный резерв по пропускной способности клапанов позволяет справляться с непредвиденными, более высокими, чем расчетные, скачками давления в наливном трубопроводе - превышение давления полного открытия над давлением срабатывания от 5% до 10%; небольшое значение требуемого снижения давления в трубопроводе относительно давления срабатывания для полного закрытия клапана (от 5% до 10%) Системы защиты от гидравлического удара на базе клапанов «Дан-фло» используются на морских нефтеналивных терминалах в Приморске, в Усть-Луге, в Козьмино, в Новороссийске (КТК) при погрузке нефти, нефтепродуктов и сжиженных углеводородных газов (СУГ).
Особенности защиты многопричальных нефтеналивных терминалов от гидравлического удара
Система защиты от гидравлического удара, установленная на причале перед стендерами, часто не обеспечивает защиты берегового оборудования, в частности, узла коммерческого учета нефти от воздействия волн высокого давления. С другой стороны, как это следует из исследований главы 4, система защиты, установленная на берегу, как правило, не обеспечивает защиту от этих волн причального оборудования. В данной главе исследуется возможность использования комбинированной системы защиты от гидроудара, состоящая из двух частей - причальной и береговой систем защиты. При надлежащей настройке комбинированная система защиты обеспечивает безопасные условия работы всего комплекса оборудования морского нефтеналивного терминала и позволяет минимизировать размер причальных сбросных емкостей.
В главе 4 данной работы показано, что использование для защиты морского терминала от гидроудара локальной СЗГУ предполагает размещение средств защиты (предохранительные клапаны, шкафы управления, сбросные емкости, вспомогательные средства по опорожнению сбросных емкостей и т.д.) непосредственно на причале. Как правило, установка системы защиты от волн гидравлического удара непосредственно на причале у стендеров сопряжена с дефицитом места для размещения сбросной емкости. Такой способ защиты хорошо обеспечивает безопасность причального участка трубопровода, однако береговой участок с установленным на нем
196 оборудованием, в первую очередь узлом коммерческого учета нефти, нередко остаются незащищенными. Кроме того, при большой протяженности технологического трубопровода использование одной только причальной системы защиты требует значительной вместимости сбросного резервуара, что вызывает трудности с ее размещением на причале.
В данной главе исследуется комбинированная система защиты от волн гидравлического удара, которая включает в себя как береговую, так и причальную системы защиты. Настройка этих систем выполняется специальным образом, позволяющим фактически разделить технологический трубопровод морского терминала на два независимых участка, причальный и береговой. В результате достигается значительное снижение объема причальной сбросной емкости и обеспечивается надежная защита трубопроводного оборудования, как на причале, так и на берегу. В настоящее время подобные комбинированные системы защиты от волн гидравлического удара установлены и прошли апробацию на морских нефтеналивных терминалах портов Новороссийска и Козьмино.
Устройство комбинированной системы защиты нефтеналивного терминала от гидравлического удара при напорно-безнасосной схеме погрузки судов представлено на рис.5.1.
Согласно напорно-безнасосной схеме погрузки судна, подача нефти по технологическому трубопроводу обеспечивается резервуарным парком (РП), расположенным на возвышении. Подача происходит через кран узла редукции давления (УРД), далее через узел учета нефти (УУ), стендеры и судовые задвижки (СЗ) в танкерную емкость (ТЕ). Кран УРД работает в режиме удержания давления после себя (перед узлом учета) на уровне, обеспечивающем заданную производительность погрузки.
Для обеспечения безопасности погрузки технологический трубопровод морского нефтеналивного терминала может быть оборудован причальной системой защиты (ПСЗ), либо береговой системой защиты (БСЗ) или комбинированной системой защиты (КСЗ), включающей как ПСЗ, так и БСЗ.
В случае прекращения погрузки, вызванной несанкционированным закрытием судовых задвижек, возникает волна давления, которая распространяется по технологическому трубопроводу в направлении резервуарного парка. Как ПСЗ, так и БСЗ ограничивают давление в трубопроводе на месте их установки на допустимом уровне за счет перепуска нефти в сбросные емкости. Одновременно с повышением давления перед стендерами выше определенного уровня система автоматики дает команду на закрытие крана узла редуцирования давления.
При использовании на трубопроводе морского терминала комбинированной системы защиты настроечные давления ПСЗ и БСЗ выбираются так, что в случает закрытия судовых задвижек сначала срабатывает ПСЗ, которая настраивается на более высокое давление, чем БСЗ. Волна давления от ПСЗ движется по трубопроводу в направлении БСЗ. Так как БСЗ настроена на низкое давление, то при срабатывании ее предохранительных клапанов
198 давление в трубопроводе снижается, и в направлении ПСЗ начинает распространяться волна разрежения. С приходом этой волны клапаны ПСЗ закрываются, и перепуск нефти в причальную сбросную емкость прекращается. Таким образом, для надежной работы КСЗ необходимо настроить давления срабатывания предохранительных клапанов БСЗ и ПСЗ так, чтобы давление перед стендерами с приходом волны разрежения от БСЗ снижалось до уровня, обеспечивающего закрытие клапанов ПСЗ. Только в этом случае можно минимизировать объем причальной сбросной емкости.
При использовании напорно-насосной схемы погрузки по превышению давления перед стендерами заданного уровня происходит автоматическое отключение насосных агрегатов на НПС. В результате отключения насосов в направлении причала навстречу волне давления по трубопроводу морского терминала начинает двигаться волна разряжения, что значительно разгружает трубопровод от повышенного давления и значительно снижает объем нефти, перепускаемой при гидроударе в сбросную емкость ПСЗ. Если при закрытии судовых задвижек команда на отключение насосных агрегатов не проходит, и они продолжают работать, то в этом случае наличие береговой системы защиты с более низким настроечным давлением, чем у ПСЗ, позволяет перенаправить поток нефти от насоса в береговую сбросную емкость. В такой ситуации сброс нефти в береговую сбросную емкость будет продолжаться до тех пор, пока не будут отключены насосы, или пока на трубопроводе не будет закрыта секущая задвижка, отсекающая НПС. В таком случае, БСЗ предотвращает переполнение причальной сбросной емкости.
