2.2. Трубопроводный транспорт нефти, нефтепродуктов и газа

Трубопроводы являются самым распространенным средством транспортировки различных материалов (жидкостей, газов, пульп и суспензий). Характерной особенностью магистральных нефте- и газопроводов, промысловых нефте- и газосборных систем, а также распределительных сетей является неустановившийся режим течения нефти или газа. Давление рабочей среды меняется по длине трубопровода и во времени в результате неравномерного потребления и отбора, включения и выключения компрессорных и насосных агрегатов, изменения производительности скважин, перекрытия запорных устройств, изменения вязкости перекачиваемого продукта при последовательной перекачке. Широкое распространение получила схема работы магистрального трубопровода нефти и нефтепродуктов «из насоса в насос». Однако возникающие при отключении промежуточных перекачивающих станций из-за прекращения подачи электроэнергии волны повышенного и пониженного давления вызывают динамические нагрузки, которые могут превысить временное сопротивление материала труб и явиться причиной аварии линейной части трубопровода. При этом срабатывает защита по максимальному и минимальному допустимым давлениям, останавливаются смежные насосные станции. Градиенты давлений при отключении одного насоса промежуточной станции достигают 0,3 – 0,4 МПа/с, а при отключении насоса на головной станции 0,6 – 0,8 МПа/с [7].

В результате снижения максимального уровня колебаний давления в

2 – 3 раза можно увеличить на 10 % рабочее давление, что в конечном итого позволит увеличить расход перекачиваемой жидкости и тем самым повысить пропускную способность трубопроводной системы. В связи с этим необходимо особое внимание уделять разработке систем защиты трубопроводов от волн повышенного и пониженного давления.

Генерация колебательных процессов в магистральных трубопроводах может происходить и по другим причинам: включение и отключение промежуточного отводящего трубопровода, автоматический ввод резервного насосного агрегата, перевод магистрального трубопровода с одного режима перекачки на другой. Аварийные ситуации в результате перечисленных возмущений могут быть обусловлены различными причинами: повышением давления выше предельно допустимого; понижением давления на входе в насосную станцию, сопровождаемым кавитационными процессами в насосных агрегатах; изменением направления потока, вызывающего закрытие обратных клапанов; большим начальным расходом при открытии задвижки на выходе из насоса, приводящим также к кавитации. Эти аварийные ситуации возможны уже в процессе распространения возмущения вдоль магистрального трубопровода, т.е. при нестационарном режиме работы.

Общая протяженность магистральных, промысловых и распределительных трубопроводов в России составляет около 1 млн. км. Для их обслуживания используется большое количество компрессорных и нефтегазоперекачивающих станций. Значительная часть трубопроводов устарела физически, ибо служит от 20 до 35 лет. В такой ситуации вероятность разрывов трубопроводов от действия волновых и вибрационных процессов многократно возрастает. Об этом свидетельствует и ежегодный процент увеличения аварийности, который по различным оценкам составляет 5 – 9 % [8].

Магистральным трубопроводам нефти и нефтепродуктов присуща очень большая инерционность потока перекачиваемой жидкости из-за больших расстояний между насосными станциями. Поэтому любым разрывам в линейной части сопутствуют большие утечки нефти и нефтепродуктопроводов.