image
energas.ru

Территория Нефтегаз № 6 2017

Транспорт и хранение нефти и газа

01.06.2017 10:00 Сочетание тепловой изоляции трубопровода и холодильных машин при транспорте углеводородов в северных районах
Рассмотрена задача подбора минимальной толщины тепловой изоляции для подземного трубопровода. Показано, что минимальная толщина тепловой изоляции существенно зависит от сезонных климатических условий и температуры транспортируемого жидкого углеводорода. При одинаковой температуре углеводорода необходимую толщину тепловой изоляции следует определять исходя из весенних условий, что приведет к неэффективному использованию изоляции в зимний период. Для уменьшения расхода тепловой изоляции необходимо дополнительно использовать систему охлаждения транспортируемого жидкого углеводорода. Система охлаждения конденсата должна эффективно работать более 6 мес в году. При подземной прокладке трубопровода для охлаждения конденсата в северных районах лучше использовать пропан-бутановые парокомпрессионные холодильные машины. Охлаждение конденсата является технологически необходимым и экономически обоснованным мероприятием для конденсатопроводов, сооружаемых в условиях Крайнего Севера на участках с многолетнемерзлыми грунтами. Возможно сочетание системы охлаждения конденсата и применения тепловой изоляции.
Ключевые слова: подземный трубопровод, тепловая изоляция, температура, конденсат, грунт, система охлаждения.
Ссылка для цитирования: Босюк О.С., Купцов С.М. Сочетание тепловой изоляции трубопровода и холодильных машин при транспорте углеводородов в северных районах // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2017. № 6. С. 102–104.
Открыть PDF


Одной из серьезных проблем при трубопроводном транспорте углеводородов в районах многолетней мерзлоты является растепление грунта и образование таликов.

При эксплуатации подземного магистрального трубопровода в северных районах России наблюдаются аварии, связанные с потерей устойчивости трубопровода. Потеря устойчивости трубопровода в районах многолетнемерзлых грунтов во многом определяется (без учета качества изготовления трубы и сварных швов) тепловым режимом взаимодействия поверхности трубопровода и окружающего грунта. Переход грунта из мерзлого состояния в талое и обратно вызывает осадку, что наиболее характерно для пучинисто-опасных грунтов (пластичные глинистые и водонасыщенные пылеватые и мелкие пески).

1.png

Чтобы не допустить этого, в случае подземного трубопровода и отрицательной температуры грунта предлагается:

1) транспортировать углеводороды с температурой ниже фазового перехода воды при отрицательной температуре t < 0 °C;

2) использовать тепловую изоляцию, толщина которой должна обеспечить минимальную допустимую отрицательную температуру на границе с грунтом < 0 °C.

Первый вариант практически не реализуем при транспортировке газового конденсата, нефти и нефтепродуктов. Это объясняется технологическими требованиями транспорта, нацеленными на исключение температур «помутнения» и «застывания» углеводородов [1].

Использование только тепловой изоляции в целях недопущения растепления, как показали расчеты на примере конденсатопровода «Уренгой – Сургут», может привести к неоднозначным результатам.

Минимальная толщина тепловой изоляции 1_1_1.png определяется не по наиболее суровым, январским, условиям при самой низкой температуре грунта tгр = –14 °C. Необходимость увеличения минимальной толщины изоляции возрастает с ростом температуры грунта, обусловленной как протяженностью конденсатопровода от Уренгоя до Сургута, так и наступлением весеннего сезона (рис. 1).

Как видно из рис. 1, минимальная толщина тепловой изоляции определяется в зависимости от температур транспортируемого конденсата tк, окружающего грунта tгр и величины R, равной произведению линейного термического сопротивления передачи теплоты теплопроводностью (из) тепловой изоляции и разности температур наружной поверхности изоляции и грунта

 

1_1.png,               (1)

 

где dпол – наружный диаметр полиэтиленовой изоляции.

Отсутствие тепловой изоляции на подземном конденсатопроводе приводит к потере устойчивости. Но и применение только одной тепловой изоляции для обеспечения безопасного теплового режима эксплуатации подземного трубопровода в мерзлом грунте не является оптимальным решением проблемы.

При использовании системы охлаждения конденсата возникает вопрос, что использовать в качестве источника холода – окружающий воздух (аппараты воздушного охлаждения) или хладагенты (холодильные машины).

Необходимая мощность системы охлаждения Qx зависит от производительности конденсатопровода G и температуры транспортируемого углеводорода tк (рис. 2) и определяется исходя из теплового баланса [3].

Система охлаждения конденсата должна эффективно работать более 6 мес в году. Результаты расчетов убеждают, что при подземной прокладке трубопровода для охлаждения конденсата в северных районах лучше использовать пропан-бутановые парокомпрессионные холодильные машины [2].

Image_014.jpg

Охлаждение конденсата является технологически необходимым и экономически обоснованным мероприятием для конденсатопроводов, сооружаемых в условиях Крайнего Севера на участках с многолетнемерзлыми грунтами.

Рассмотрен вариант, на первый взгляд содержащий противоречие: одновременное применение тепловой изоляции и охлаждения конденсата.

Если использовать пенополиуретан толщиной 100 мм практически по всей длине конденсатопровода, зимой не надо охлаждать конденсат, а чем теплее окружающая среда (воздух и грунт), тем интенсивнее должно быть охлаждение. Наиболее вероятно, что для обеспечения требуемого охлаждения необходимы только холодильные машины.

1_1_2.png

Следовательно, проблема безопасной эксплуатации транспорта конденсата в суровых климатических условиях требует решения оптимизационной задачи.

Уменьшение влияния факторов, способствующих потере устойчивости трубопровода, требует резкого увеличения капитальных затрат на проектирование и эксплуатацию. Решение подобных вопросов выходит за рамки данной работы и может служить темой нового исследования.

Если точно знать места расположения просадочных грунтов по трассе, решение вопроса упрощается. Для таких мест толщина тепловой изоляции рассчитывается исходя из обеспечения отрицательной температуры в зоне контакта наружной поверхности трубопровода и грунта.

В наиболее опасных местах следует предусмотреть установку интеллектуальных вставок, контролирующих напряжения, возникающие в стенках трубопровода.



← Назад к списку


im - научные статьи.