Введение к работе
Актуальность проблемы. Длительный срок службы и повышение требований к экологической безопасности объектов нефтепроводного транспорта ставят в ряд важнейших задач эксплуатации нефтепроводов вопросы обеспечения надёжной и безотказной работы, предупреждения и снижения количества аварийных ситуаций. Эта задача может быть решена за счёт реконструкции, технического перевооружения и своевременного проведения плановых ремонтов линейной части нефтепроводов.
Загрузка магистральных нефтепроводов в настоящее время в среднем составляет 45% от проектной производительности. Такая ситуация позволяет эксплуатирующим организациям за счёт резерва мощностей значительно расширить объёмы реконструкции и капитального ремонта, тем самым компенсировать влияние естественных процессов старения трубопроводов, выявить и устрашіть дефекты труб заводского и строительно-монтажного происхождения.
Практически повсеместно внедрена практика производства ремонтных работ на нефтепроводах с остановкой перекачки нефти. Специалистами ОАО СЗМН предложена новая организация традиционной схемы работ с устранением 20...30 и более дефектов за одігу остановку. Продолжительность и качество таких работ находятся в прямой зависимости от их организации, прішеняемьгх методов и технических средств.
Анализ технологических операций, выполняемых при использовании традиционного метода при замене дефектного участка трубы путём остановки перекачки и полного освобождения локализованного участка от нефти показывает, что наиболее продолжительным, энергоёмким и экологически опасным является процесс освобождения (опорожнения) трубопровода, который может занимать до 70% времени ремонтно-
восстановительных; работ. Это объясняется большим количеством нефти, находящейся внутри участка, подлежащего опорожнению, и малыми уклонами местности пролегания трубопровода.
Для осуществления процесса опорожнения с соблюдением требований экологической безопасности окружающей среды требуется наличие энергоёмкого и тяжёлого насосно-силового оборудования, дополнительных ёмкостей для приёма нефти, монтаж системы трубопроводов, а также выполнение других трудоёмких и пожаровзрывоопасных операций. При разрыве труб большого диаметра зачастую тысячи тонн дорогостоящей огнеопасной жидкости безвозвратно теряются и, растекаясь по местности, загрязняют почву и создают угрозу для близлежащих жилых и промышленных объектов.
Очевидно, что основным резервом сокращения объёма откачиваемой нефти из ремонтируемого участка является применение специальных устройств, вводимых внутрь трубопровода в любом требуемом месте и способных перекрывать его поперечное сечение, обеспечивая при этом полную и надёжную герметизацию.
Поскольку любые усовершенствования существующих способов замены дефектных участков не могут радикально решить вопрос о сокращении объёма откачиваемой нефти из опорожняемого участка нефтепровода, то остаётся единственный путь — коренное изменение технологического процесса на базе новых технических решений перекрытия полости трубопровода. Актуальность данной проблемы отмечена в различных правительственных документах. Вопросы повышения надежности, снижения аварийности, совершенство вания эксплуатации и повышение эффективности работы системы нефтепроводного транспорта рассматривались на заседании Комиссии правительства РФ по оперативным вопросам, на заседании Правления АК "Транснефть", Коллегии Министерства топлива и энергетики РФ и др.
Федеральный закон "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" определяет правовые, экономические и социальные основы обеспечения безопасной эксплуатации нефтепроводов и направлен на предупреждение аварий на опасных производственных объектах и обеспечение готовности организаций к оперативному устранению причин и последствий аварий. В условиях возрастающих штрафных санкций со стороны государства за нанесение экологического ущерба совершенствование методов и средств ведения аварийно-восстановительных и планово-предупредительных работ на объектах магистрального транспорта нефти становятся приоритетным направлением всех подразделений АК "Транснефть".
Целью диссертационной работы является разработка и апробация технологии оперативного перекрытия нефтепроводов, основанной на низкотемпературном изменении фазового состояния транспортируемой среды, значительно сокращающей время и повышающей эффективность ведения аварийно-восстановительных и планово-предупредительных работ на линейной части магистральных нефтепроводов.
В соответствии с поставленной целью были сформулированы осповные задачи исследования:
-
Провести комплексные исследования реологических и адгезионных свойств нефтей в диапазоне температур массовой кристаллизации.
-
Разработать математическую модель теплопереноса с фазовыми переходами продукта в диапазоне температур кристаллизации для обоснования технологии получения твердой фазы в зазоре "оболочка-труба"; оптимизации организационных и энергетических затрат при установке герметизатора и удержании его в рабочем положении заданный период времени.
-
Разработать устройство оперативного перекрытия трубопровода, реализующее принципы криотехнологий.
-
Экспериментально подтвердить принципиальную возможность и технологическую эффективность использования криотехнологий при перекрытии трубопроводов. Определить технологические ограничения применения технологии и эксплуатационные характеристики устройства. Обосновать геометрию рабочих органов устройства перекрытия трубопровода. Разработать регламент перекрытия трубопровода, а так же подачи хладагента для поддержания теплового режима герметизатора.
Методологические основы н достоверность исследований.
В диссертационной работе автором использованы классические положения теории тешю-массопереноса, фазовых переходов и прикладной термодинамики, системного анализа с последующей обработкой полученной информации численными методами, осуществляемые с использованием специальных программ, составленных на алгоритмических языках для ПЭВМ. Все положения подтверждены прямыми экспериментами на лабораторном полномасштабном стенде.
Выполненные в настоящей работе исследования связаны с научно-техническими целевыми программами Министерства образования РФ "Надежность систем транспорта нефти и газа в осложненных условиях эксплуатации", "Комішексное решение проблемы разработки, транспорта и глубокой переработки нефти и газа" (приказ № 468 от 20.03.96), "Технология добычи, транспорта и углубленной переработки нефти, газа и конденсата" (приказ № 865 от 03.04.98), Федеральным законом № Нб-ФЗ "О промышленной безопасности опасных производственных объектов", принятым Государственной Думой 20.07.1997.
Научная новизна диссертационной работы заключается в разработке теоретических основ применения криотехнологии в области обслуживания и ремонта магистральных нефтепроводов, базирующейся иа детальном изучении свойств нефтей в диапазоне температур массовой кристаллизации. По отдельным вопросам проведенных исследований научная новизна состоит в следующем:
-
Впервые исследованы реологические и адгезионные свойства нефтей, перекачиваемых в ОАО СЗМН, в диапазоне температур массовой кристаллизации. Выявлены аномалии в реологических свойствах в диапазоне температур -25...-30С.
-
На основе экспериментальных и теоретических исследований разработано устройство перекрытия трубопровода диаметром 325 мм, реализующее принципы криотехнологии.
Практическая ценность работы заключается в разработке технологии и комплекта устройств оперативного перекрытия трубопроводов, реализующих принципы криотехнологии. Предложены технологические регламенты установки герметизаторов для всего спектра диаметров трубопроводов.
Внедрение предложенной технологии оперативного перекрытия трубопроводов для проведения аварийно-восстановительных и планово-предупредительных работ на трубопроводах 0 325...377 мм ОАО «Северо - западные магистральные нефтепроводы» планируется в текущем году.
На защиту иыносятся основы технологии оперативного перекрытия нефтепроводов, основанной на низкотемпературном изменении фазового состояния транспортируемой среды, а так же методология разработки регламентов этого процесса для трубопроводов различных диаметров.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований представлялись к обсуждению на научно-технических семинарах, конференциях, советах различного уровня:
48...50ой научно - технической конференции студентов, аспирантов и
молодых ученых Уфимского государственного нефтяного технического
университета (г. Уфа, 1997,1998,1999 г.);
Всемирной конференции «Проблемы нефтегазового комплекса России.
Трубопроводный транспорт нефти и газа» (г.Уфа, 1998 г.);
Всероссийской научно-технической конференции «Новоселовские
чтения» (г. Уфа: УГНТУ, 1998 г.).
Реализация работы.
Исследование низкотемпературных свойств нефтей и анализ тенденций технических решений легли в основу комплекта устройств оперативного перекрытия трубопроводов 0 325 мм, реализующего принципы криогехнологий, которые защищены патентом РФ № 2138724 МКИ3 F 16 L 55/12 Способ временного перекрытия трубопровода./А.А.Арсентьев, В.Л.Дворников, С.Е.Кутуков, В.В.Репин, А.М.Шаммазов (РФ).- № 98116098/06; Заявлено 19.08.98; Опубл. 27.09.99. Бюл. № 27.
Структура и объем диссертации.
Работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и 4 приложений. Работа изложена на 144 страницах машинописного текста, содержит 22 рисунка и 13 таблиц. Библиография включает 205 работ отечественных и зарубежных авторов.