Сооружение газонефтепроводов и газонефтехранилищ

1 2

---

Содержание

Введение 1 Теоретическая часть 1.1 Назначение, состав, классификация и категория магистральных трубопроводов 1.2 Виды коррозии магистральных трубопроводов и причины её возникновения 1.3 Способы защиты магистральных трубопроводов от коррозии 1.3.1 Нанесение изоляционных покрытий 1.3.2 Электрохимическая защита трубопроводов от коррозии 1.3.3 Электродренажная защита магистральных трубопроводов от электрической коррозии 2 Расчёты при выполнении защиты магистральных трубопроводов от коррозии 2.1 Объект исследования 2.2 Расчёт средних значений тока поляризации и удельного сопротивления грунта Заключение Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

Трубопроводный транспорт нефти, нефтепродуктов и газа -составляющая часть системы обеспечения промышленности, энергетики, транспорта и населения топливом и исходным сырьем. Он служит одним из недорогих типов транспорта, обеспечивая энергетическую безопасность страны и в то же время позволяет существенно снизить нагрузку на железнодорожный транспорт для перевозок иных важных грузов. Магистральный трубопроводный транспорт — важнейшая и неотъемлемая составляющая топливно-энергетического комплекса нашей страны. На территории России создана разветвленная сеть магистральных газопроводов, нефтепроводов и продуктопроводов. Длина магистральных трубопроводов в России составляет более 225 тыс. км, в том числе газопроводных магистралей – свыше 155 тыс. км, нефтепроводных — 50 тыс. км, нефтепродуктопроводных — 20 тыс. км. Благодаря магистральному трубопроводному транспорту перемещается 100 % добываемого природного газа, 99 % добываемой нефти, более 50 % вырабатываемой продукции нефтепереработки. Уровень надежности трубопроводов зачастую формирует стабильность снабжения регионов России важнейшими топливно-энергетическими ресурсами. Одним из путей решения проблемы увеличения надежности газонефтепроводов служит применение новых эффективных научно обоснованных технологий строительства и ремонта трубопроводных систем. Ключевой особенностью строительства и ремонта трубопроводов является многообразие природно-климатических и гидрологических характеристик местности вдоль трассы, что требует существенного разнообразия конструктивных и технологических решений в процессе прокладки и работы линейной части трубопроводов.   Актуальность темы данной курсовой работы состоит в том, что основной целью нефтяной промышленности в области транспортировки нефти является защита трубопроводов от коррозии, что повышает срок службы используемых труб и сохраняет качество транспортируемой нефти. Для решения данной цели используются различные способы защиты, которые принято делить на пассивную и активную защиту. Цель курсовой работы: изучение причин возникновения и методов защиты трубопроводов от коррозии. Для достижения вышеуказанной цели нужно решить ряд задач:

1. изучить назначение, состав, классификация и категория магистральных трубопроводов;
2. рассмотреть виды коррозии магистральных трубопроводов и причины её возникновения;
3. описать способы защиты магистральных трубопроводов от коррозии;
4. произвести расчёты при выполнении защиты магистральных трубопроводов от коррозии путём определения средних значений тока поляризации и удельного сопротивления грунта .

Предмет исследования: коррозия магистральных трубопроводов. Объект исследования: строительный участок новой ветки магистрального газопровода «Сахалин — Хабаровск — Владивосток».

1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Назначение, состав, классификация и категория магистральных трубопроводов

  Магистральный трубопровод представляют собой общий производственно-технологический комплекс, включающий в себя здания, сооружения, его линейную часть, в том числе объекты, используемые для обеспечения транспортирования, хранения и (или) перевалки на автомобильный, железнодорожный и водный виды транспорта жидких или газообразных углеводородов, измерения жидких (нефть, нефтепродукты, сжиженные углеводородные газы, газовый конденсат, широкая фракция легких углеводородов, их смеси) или газообразных (газ) углеводородов, соответствующих требованиям законодательства Российской Федерации [1]. В состав магистральных трубопроводов входят:

1. трубопровод (от места выхода с промысла подготовленной к дальнему транспорту товарной продукции) с ответвлениями и лупингами, запорной арматурой, переходами через естественные и искусственные препятствия, узлами подключения НПС, КС, ПС, УЗРГ, ПРГ, узлами пуска и приема очистных устройств, конденсатосборниками и устройствами для ввода метанола;
2. установки электрохимической защиты трубопроводов от коррозии, линии и сооружения технологической связи, средства автоматики и телемеханики;
3. линии электропередачи, предназначенные для обслуживания трубопроводов и устройства электроснабжения и дистанционного управления запорной арматурой и установками электрохимической защиты трубопроводов, сети связи;
4. противопожарные средства, противоэрозионные и защитные сооружения трубопроводов;
5. емкости для хранения и разгазирования конденсата, земляные амбары для аварийного выпуска нефти, нефтепродуктов, конденсата и сжиженных углеводородов;
6. здания и сооружения линейной службы эксплуатации трубопроводов;
7. вдольтрассовые проезды и вертолетные площадки, расположенные вдоль трассы трубопровода, и подъезды к ним, опознавательные и сигнальные знаки местонахождения трубопроводов;
8. головные и промежуточные НПС, ПС и наливные станции, НС, резервуарные парки, КС и ГРС;
9. СПХГ;
10. пункты подогрева нефти и нефтепродуктов;
11. указатели и предупредительные знаки [2].

Исходя из вида транспортируемого продукта существуют несколько типов узкоспециализированных трубопроводных систем:

1. нефтепроводы;
2. нефтепродуктопроводы;
3. газопроводы;
4. трубопроводы для транспортирования нетрадиционных грузов.

Магистральный нефтепровод представляет собой трубопровод, необходимый для перекачки нефти и газа, имеющий большую протяженность (сотни и тысячи километров), в связи с этим перекачка ведется не одной, а несколькими станциями, находящимися на трассе. Схема магистрального нефтепровода приведена на рисунке 1. Когда нужно пояснить, что перекачиваются только нефтепродукты, применяют термин нефтепродуктопровод. Исходя из типа перекачиваемого нефтепродукта трубопровод называют также бензинопроводом, керосинопроводом, мазутопроводом и т. д. Рисунок 1 — Схема магистрального нефтепровода: 1 — промысел; 2 — нефтесборный пункт; 3 — подводящие трубопроводы; 4 — головные сооружения; 5 — колодец пуска скребка; 6 — линейный колодец; 7 — переход под железной дорогой; 8 — переход через реку; 9 — переход через овраг; 10 — конечный распределительный пункт   Согласно СП 36.13330.2012 Магистральные трубопроводы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.06-85 магистральные нефтепроводы и нефтепродуктопроводы подразделяются на четыре класса в зависимости от условного диаметра труб (в мм). Магистральные нефтепроводы:

1. класс I — при номинальном диаметре более 1000 до 1200 включительно;
2. класс II — аналогично, более 500 до 1000 включительно;
3. класс III — аналогично, более 300 до 500 включительно;
4. класс IV — 300 и менее.

Магистральные нефтепродуктопроводы:

1. класс II — при номинальном диаметре более 500 до 700 включительно;
2. класс III — аналогично, более 300 до 500 включительно;
3. класс IV — 300 и менее [1].

Магистральным газопроводом принято называть трубопровод, необходимый для транспортировки газа из района добычи или производства в район его потребления, или трубопровод, соединяющий отдельные газовые месторождения. Ответвлением от магистрального газопровода называется трубопровод, присоединенный конкретно к магистральному газопроводу и необходимый для отвода части потока транспортируемого газа к отдельным населенным пунктам и промышленным предприятиям (рисунок 2).   Рисунок 2 — Схема магистрального газопровода: 1 — промысел; 2 — газосборный пункт; 3 — головная КС; 4 — отвод к ГРС; 5, 6 — переходы через железную и шоссейную дороги; 7 — промежуточная КС; 8, 9 — переходы через реку и овраг; 10 — подземное газохранилище; 11 — станция катодной защиты; 12 — конечная ГРС   Магистральные газопроводы исходя из рабочего давления в трубопроводе подразделяют на два класса:

1. класс I — при рабочем давлении более 2,5 до 10,0 МПа включительно;
2. класс II — при рабочем давлении более 1,2 до 2,5 МПа включительно.

Чем больше класс трубопровода, тем большую опасность он представляет при разрушении, и тем будут большие расстояния от оси трубопровода до близлежащих населенных пунктов, промышленных предприятий, а также отдельных зданий и сооружений. Магистральные трубопроводы проходят по участкам с различным рельефом местности, с различными гидрогеологическими условиями, пересекают водные преграды, автомобильные и железные дороги, электрические подземные кабели и воздушные высоковольтные линии электропередачи, линии связи и т.д. В связи с этим исходя из условий работы трубопровода, а также для безопасности расположенных вблизи трассы объектов линейная часть  и отдельные участки магистральных трубопроводов подразделяются на пять категорий: В, I, II, Ш и IV. В каждой категории предъявляются определенные требования к прочности трубопровода, к контролю качества сварных соединений, предварительным гидравлическим испытаниям и типам изоляционного покрытия (таблица 1, таблица 2).   Таблица 1 – Категории магистральных трубопроводов и их участков   Таблица 2 – Категории магистральных трубопроводов в зависимости от назначения Категория линейной части магистральных трубопроводов и их участков варьируется от типа транспортируемого продукта и условного диаметра трубопровода. Категория линейной части и конкретных участков промысловых трубопроводов приведена в ведомственных строительных нормах СП 36.13330.2012 «Магистральные трубопроводы» [5].

1.2 Виды коррозии магистральных трубопроводов и причины её возникновения

  Коррозия при транспортировке нефти способствует возникновению ряда недостатков:

1. разрушение трубопроводов как изнутри, так и снаружи;
2. понижение времени между профилактическими осмотрами магистралей и ремонта;
3. чрезмерные затраты на замену оборудования и труб;
4. полный или частичный выход из строя нефтеперерабатывающего комплекса;
5. уменьшение качества транспортируемой нефти.

Трубопровод, находящийся в грунте, подвержен почвенной коррозии, а находящийся над землей — атмосферной. Эти два вида коррозии идут по электрохимическому механизму, т. е. с появлением на поверхности трубы анодных и катодных зон. Между ними протекает электрический ток, под влиянием которого в анодных зонах металл труб разрушается. Существуют такие виды коррозии как: химическая, электрическая и электрохимическая [11]. Химическая коррозия заключается в постепенном разрушении металла под влиянием коррозийной среды. Его сущность сводится к окислительно-восстановительной реакции: происходит одновременное окисление металла и восстановление окислительного компонента. В роли окислителя выступают как сухие газы (O₂, CO₂, SO₂, NO₂ и т.д.), так и жидкости, не являющиеся электролитами (нефть, бензин, керосин и т.д.). Движущей силой настоящего процесса служит термодинамическая неустойчивость металлов, а именно их стремление к более устойчивому состоянию. Возможность самопроизвольного протекания химической коррозии можно установить по знаку изменения изобарно-изотермическому потенциалу G. При Δ G < 0, то  процесс химической коррозии возможен. Электрическая коррозия появляется, когда электрический ток, протекающий через землю, оказывает влияние на трубу. Токи проникают в землю по причине утечек из рельсов электрифицированного транспорта — они называются странствующими. Достигнув трубопровода, они движутся по нему, где около тяговой подстанции покидают трубопровод в грунте, образуя очаги электрической коррозии. Электрохимическая коррозия представляет собой процесс самопроизвольного разрушения металла под влиянием электролитов, в роли которых могут выступать растворы щелочей, кислот, солей, влажные газы, морская вода и т.д. По сравнению с химической коррозией, взаимодействие металла с окислителем включает анодное окисление металла и катодное восстановления окислителя. Она происходит следующим образом (рисунок 3): на анодных участках протекает реакция окисления с образованием ионов металла Fе²⁺, а на катодных участках под влиянием кислорода образуется гидроокись (как результат протекания реакции кислородной деполяризации).   Рисунок 3 – Модель коррозионного элемента Ионы Fе²⁺ и ОН идут друг к другу и возникает нерастворимый осадок Fе(ОН)₂, который может распадаться на окись железа и воду (FеОН)₂ —> Fе₂О₃ +Н₂О). Высвобождающиеся при реакции окисления электроны от анодного участка по металлу изделия перетекают к катодному участку и участвуют в реакции восстановления. Ключевыми причинами появления почвенной коррозии металлов являются следующие:

1. присутствие разности потенциалов двух разноименных металлических изделий или их деталей, а также отдельных участков поверхности аналогичного металла;
2. присутствие контакта двух металлов или двух участков металла с электролитом;
3. соединение анода и катода металлическим проводником, которым служит металл сооружения, когда на его поверхности появились анодные и катодные участки;
4. присутствие в электролите диссоциированных ионов.

С целью защиты трубопроводов от коррозии используются пассивные и активные средства и методы. В роли пассивного средства применяются изоляционные покрытия, к активным методам относится электрохимическая защита [13].

1.3 Способы защиты магистральных трубопроводов от коррозии

 1.3.1 Нанесение изоляционных покрытий

  Изоляционные покрытия, применяемые на подземных магистральных трубопроводах, должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1. иметь повышенные диэлектрические свойства;
2. быть сплошными;
3. обладать хорошей прилипаемостью к металлу трубопровода;
4. быть водонепроницаемыми, механически прочными, эластичными и термостойкими.

Конструкция покрытий должна допускать возможность механизации их нанесения на трубы, а используемые материалы должны быть недорогими, недефицитными и долговечными. К наиболее часто применяющимся веществам для нанесения изоляционных покрытий можно отнести:

1. битумные и битумно-полимерные материалы;
2. материалы на основе полиэтилена;
3. смолы;
4. грунтовки и шпатлевки;
5. эмали;
6. краски.

Эволюция нанесения различного рода изоляционных покрытий наглядно представлена на рисунке 4.   Рисунок 4 – Эволюция нанесения защитных покрытий   Способ нанесения антикоррозийного покрытия зависит от выбранного материала покрытия и требует индивидуального подхода. Но разработаны общие правила, которые применяются всегда:

1. Поверхность подготавливают: устраняют окалины, ржавчину, старое защитное покрытие, краску;
2. Зачищают очищенную поверхность;
3. Поверхность обезжиривают, используя специальные составы;
4. Очищают с помощью песко- или дробеструйной машины с мелким песком;
5. Обрабатывают моющими средствами для очищения глубоких слоев изделия;
6. Промывают поверхность;
7. Высушивают поверхность перед нанесением основного защитного покрытия;
8. Каждый слой наносимого защитного покрытия хорошо просушивается.

Чаще всего применяется антикоррозийная покраска труб, так как этот материал имеет широкое распространение, демократичную цену, легок в нанесении (распыление или нанесение валиком) и долговечен [11].  

1.3.2 Электрохимическая защита трубопроводов от коррозии

  Электрохимическая защита – это достаточно результативный способ защиты металлоконструкций от электрохимической коррозии. Иногда воссоздать лакокрасочную оболочку или защитное оберточное покрытие просто невозможно. Вот в таких случаях и уместно применение электрохимической защиты. Используется метод в ситуациях, когда потенциал свободной коррозии пребывает в области усиленного распада основного металла или перепассивации. То есть, когда металлоконструкция интенсивно разрушается. При электрохимической защите к изделию из металла подключают постоянный электрический ток. Благодаря ему на поверхности металлической конструкции образуется катодная поляризация электродов микрогальванических пар и анодные области становятся катодными. А вследствие негативного влияния коррозии разрушается не металл, а анод (рисунок 5).   Рисунок 5 – Электрохимическая защита   Электрохимическая защита может быть анодной или катодной: это будет зависеть от того, в какую сторону сдвинется потенциал металла (в положительную или в отрицательную). Анодная защита используется для титановых конструкций, объектов из низколегированных нержавеющих, углеродистых сталей, железистых высоколегированных сплавов, разнородных пассивирующихся металлов. Метод применяют в хорошо электропроводной коррозионной среде. При анодной защите наблюдается сдвиг потенциала защищаемого металла в более положительную сторону. Смещение происходит до достижения инертно устойчивого состояния системы. К достоинствам анодной электрохимической защиты можно отнести не только существенное замедление скорости коррозии, но и то, что продукты коррозии не оказываются в производимом продукте и среде (рисунок 6).   Рисунок 6 – Анодная защита магистрального трубопровода   Принципиальная схема катодной защиты показана на рисунке 7. Источником постоянного тока служит станция катодной защиты, где с помощью выпрямителей переменный ток, поступающий от вдоль трассовой ЛЭП через трансформаторный пункт, преобразуется в постоянный.   Рисунок 7 – Схема катодной защиты от электрохимической коррозии   Отрицательным полюсом источник с помощью кабеля подключен к защищаемому трубопроводу, а положительным — к анодному заземлению. При включении источника тока электрическая цепь замыкается через почвенный электролит. Принцип действия катодной защиты (рисунок 8) сходен с процессом электролиза. Благодаря влиянию приложенного электрического поля источника начинается движение полусвободных валентных электронов в направлении «анодное заземление-источник тока-защищаемое сооружение».   Рисунок 8 – Принцип действия катодной защиты   Отдавая электроны, атомы металла анодного заземления поступают в виде ион-атомов в раствор почвенного электролита, т. е. анодное заземление разрушается. Ион-атомы подвергаются гидратации и отводятся вглубь раствора. У защищаемого же сооружения вследствие работы источника постоянного тока наблюдается избыток свободных электронов, т. е. создаются условия для протекания реакций кислородной и водородной деполяризации, характерных для катода. Протекторная защита — вид катодной защиты, в процессе которого к защищаемому объекту подсоединяют металл с более высоким электроотрицательным потенциалом (протектор – рисунок 9).   Рисунок 9 — Протектор   При этом разрушается не металлоконструкция, а протектор. Через определенный промежуток времени протектор корродирует и его потребуется заменить на новый. Протекторы вырабатывают из материалов, соответствующих следующим требованиям:

1. разность потенциалов материала протектора и железа (стали) должна быть как можно больше;
2. ток, получаемый при электрохимическом растворении единицы массы протектора, должен быть максимальным;
3. отношение массы протектора, затраченной на создание защитного тока, к общей потере массы протектора (коэффициент использования) должно быть самым высоким.

Данным требованиям в высшей степени удовлетворяют магний, цинк и алюминий, сплавы которых и используются для изготовления протекторов. Протекторную защиту следует применять в грунтах с удельным сопротивлением, не превышающим 50 Ом·м [4].

1.3.3 Электродренажная защита магистральных трубопроводов от электрической коррозии

  Электродренажная защита характеризуется как метод защиты трубопроводов от разрушения трубопроводов блуждающими токами, предусматривающий их отвод (дренаж) с защищаемого сооружения на сооружение — источник блуждающих токов или специальное заземление (рисунок 10).   Рисунок 10 – Наглядное изображение электродренажной защиты   Используют прямой, поляризованный и усиленный дренажи. Прямой электрический дренаж представляет собой дренажное устройство двусторонней проводимости. Схема прямого электрического дренажа (рисунок 11, а) подразумевает под собой: реостат R, рубильник К, плавкий предохранитель Пр и сигнальное реле Ср. Сила тока в цепи «трубопровод—рельс» регулируется реостатом. Когда величина тока превысит допустимую, то плавкий предохранитель сгорит, ток потечет по обмотке реле, при включении которого включается звуковой или световой сигнал. Прямой электрический дренаж используют, когда потенциал трубопровода постоянно больше потенциала рельсовой сети, куда отводятся блуждающие токи. В обратной ситуации дренаж превратится в канал для натекания блуждающих токов на трубопровод. Рисунок 11 — Принципиальные схемы электрических дренажей: а) прямой; б) поляризованный; в) усиленный Поляризованный электрический дренаж (рисунок 11, б) представляет собой дренажное устройство с односторонней проводимостью. От прямого дренажа поляризованный отличается присутствием элемента односторонней проводимости (вентильный элемент) ВЭ. При поляризованном дренаже ток протекает только от трубопровода к рельсу, что не допускает натекание блуждающих токов на трубопровод по дренажному проводу. Усиленный дренаж (рисунок 11, в) применяется в тех случаях, когда нужно не только отводить блуждающие токи с трубопровода, но и обеспечить на нем необходимую величину защитного потенциала. Он представляет собой обычную катодную станцию, подключенную отрицательным полюсом к защищаемому сооружению, а положительным-не к анодному заземлению, а к рельсам электрифицированного транспорта. За счет такой схемы подключения обеспечивается: поляризованный дренаж в процессе работы вентильных элементов в схеме СКЗ и катодная станция удерживает нужный защитный потенциал трубопровода. После ввода трубопровода в эксплуатацию осуществляется регулировка параметров работы системы его защиты от коррозии. При необходимости, с учетом фактического положения дел, могут вводиться в эксплуатацию дополнительные станции катодной и дренажной защиты, а также протекторные установки [8,9].

---

1 2