- •Предисловие
- •1. Роль нефти и газа в жизни человека
- •1.1. Современное состояние и перспективы развития энергетики
- •2. Краткая история применения нефти и газа
- •3. Нефть и газ на карте мира
- •3.1. Динамика роста мировой нефтегазодобычи
- •3.3. Месторождения-гиганты
- •4. Нефтяная и газовая
- •промышленность России
- •5. Основы нефтегазопромысловой геологии
- •5.4. Состав нефти и газа
- •5.5. Происхождение нефти
- •5.6. Происхождение газа
- •6. Бурение нефтяных и газовых скважин
- •6.1. Краткая история развития бурения
- •6.4. Буровые установки, оборудование и инструмент
- •6.5. Цикл строительства скважины
- •б.б. Промывка скважин
- •6.7. Осложнения, возникающие при бурении
- •6.8. Наклонно направленные скважины
- •6.9. Сверхглубокие скважины
- •6.10. Бурение скважин на море
- •7. Добыча нефти и газа
- •7.1. Краткая история развития нефтегазодобычи
- •7.2. Физика продуктивного пласта
- •7.3. Этапы добычи нефти и газа
- •7.4. Разработка нефтяных и газовых месторождений
- •7.5. Эксплуатация нефтяных и газовых скважин
- •7.8. Установка комплексной подготовки нефти
- •7.9. Системы промыслового сбора природного газа
- •7.10. Промысловая подготовка газа
- •7.11. Система подготовки и закачки воды в продуктивные пласты
- •7.12. Защита промысловых трубопроводов и оборудования от коррозии
- •7.14. Проектирование разработки месторождений
- •8.2. Продукты переработки нефти
- •8.3. Основные этапы нефтепереработки
- •8.4. Типы нефтеперерабатывающих заводов
- •8.5. Современное состояние нефтепереработки
- •9.1. Исходное сырье и продукты переработки газов
- •9.3. Отбензинивание газов
- •9.4. Газофракционирующие установки
- •Ю. Химическая переработка углеводородного сырья
- •10.1. Краткие сведения
- •10.2. Основные продукты нефтехимии
- •11. Способы транспортировки нефти, нефтепродуктов и газа
- •11.1. Краткая история развития способов транспорта энергоносителей
- •11.2. Современные способы транспортирования нефти, нефтепродуктов и газа
- •11.3. Область применения
- •различных видов транспорта
- •12.1. Развитие нефтепроводного транспорта в России
- •12.3. Классификация нефтепроводов
- •12.4. Основные объекты и сооружения магистрального нефтепровода
- •12.5. Трубы для магистральных нефтепроводов
- •12.8. Насосно-силовое оборудование
- •12.9. Резервуары и резервуарные парки
- •12.10. Оборудование резервуаров
- •12.11. Системы перекачки
- •12.12. Перекачка высоковязких
- •13.1. Развитие нефтепродуктопроводного транспорта в России
- •13.3. Краткая характеристика нефтепродуктопроводов
- •13.4. Особенности трубопроводного транспорта нефтепродуктов
- •14. Хранение и распределение нефтепродуктов
- •14.1. Краткая история развития нефтебаз
- •14.2. Классификация нефтебаз
- •14.3. Операции, проводимые на нефтебазах
- •14.4. Объекты нефтебаз и их размещение
- •14.5. Резервуары нефтебаз
- •14.6. Насосы и насосные станции нефтебаз
- •14.8. Нефтяные гавани, причалы и пирсы
- •14.9. Установки налива автомобильных цистерн
- •14.10. Подземное хранение нефтепродуктов
- •14.11. Автозаправочные станции
- •15. Трубопроводный транспорт газа
- •15.1. Развитие трубопроводного транспорта газа
- •15.2. Свойства газов, влияющие на технологию их транспорта
- •15.3. Классификация магистральных газопроводов
- •15.4. Основные объекты и сооружения магистрального газопровода
- •15.5. Газоперекачивающие агрегаты
- •15.6. Аппараты для охлаждения газа
- •15.7. Особенности трубопроводного транспорта сжиженных газов
- •16. Хранение и распределение
- •16.1. Неравномерность газопотребления и методы ее компенсации
- •16.2. Хранение газа в газгольдерах
- •16.3. Подземные газохранилища
- •16.4. Газораспределительные сети
- •16.5. Газорегуляторные пункты
- •16.6. Автомобильные газонаполнительные компрессорные станции
- •16.7. Использование сжиженных углеводородных газов в системе газоснабжения
- •16.8. Хранилища сжиженных углеводородных газов
- •17. Трубопроводный транспорт твердых и сыпучих материалов
- •17.1. Пневмотранспорт
- •17.2. Контейнерный транспорт
- •17.3. Гидротранспорт
- •18.1. Проектирование магистральных трубопроводов
- •18.2. Особенности проектирования нефтебаз
- •18.3. Использование ЭВМ при проектировании трубопроводов и хранилищ
- •19. Сооружение трубопроводов
- •19.2. Состав работ, выполняемых при строительстве линейной части трубопроводов
- •19.3. Сооружение линейной части трубопроводов
- •19.5. Строительство морских трубопроводов
- •20.1. Состав работ, выполняемых при сооружении насосных и компрессорных станций
- •20.2. Общестроительные работы на перекачивающих станциях
- •20.3. Специальные строительные работы при сооружении НС и КС
- •Основные понятия и определения
- •Список литературы
- •Предметно-алфавитный указатель
- •Указатель рисунков
- •Указатель таблиц
- •Приложение.
Газ по входному трубопроводу 1 поступает на ГР С. Здесь он последо вательно очищается в фильтре 2, нагревается в подогревателе 3 и редуци руется в регуляторах давления 5. Далее расход газа измеряется расходо мером б и в него с помощью одоризатора 7 вводится одорант—жидкость, придающая газу запах.
Необходимость подогрева газа перед редуцированием связана с тем, что дросселирование давления сопровождается (согласно эффекту ДжоуляТомсона) охлаждением газа, создающим опасность закупорки трубопрово дов ГРС газовыми гидратами.
Подземные хранилища газа служат для компенсации неравномер ности газопотребления. Использование подземных структур для хране ния газа позволяет очень существенно уменьшить металлозатраты и ка питаловложения в хранилища.
Линейные сооружения газопроводов отличаются от аналогичных со оружений нефте- и нефтепродуктопроводов тем, что вместо линейных за движек используются линейные шаровые краны, а кроме того—для сбора выпадающего конденсата сооружаются конденсатосборники.
Длина магистрального газопровода может составлять от десятков до нескольких тысяч километров, а диаметр—от 150 до 1420 мм. Большая часть газопроводов имеет диаметр от 720 до 1420 мм. Трубы и арматура ма гистральных газопроводов рассчитаны на рабочее давление до 7,5 МПа.
15.5. Газоперекачивающие агрегаты
В качестве газоперекачивающих агрегатов применяются поршневые газомотокомпрессоры или центробежные нагнетатели.
Поршневые газомотокомпрессоры представляют собой агрегат, в котором объединены силовая часть (привод) и компрессор для сжатия газа. Принцип работы поршневого компрессора такой же, как у поршне вого насоса.
Наиболее распространенными типами газомотокомпрессоров явля ются 10 ГК, 10 ГКН, МК-10 и ГПА-5000 (табл. 15.3), имеющие подачу от 0,8 до 10,0 млн м3/су т и развивающие давление 5,5 МПа. Поршневые га зомотокомпрессоры отличаются высокой эксплуатационной надежнос тью, способностью работать в широком диапазоне рабочих давлений, воз можностью регулировать подачу за счет изменения «вредного» простран ства и частоты вращения.
Область преимущественного применения поршневых газомотоком прессоров—трубопроводы для перекачки нефтяного газа и станции под земного хранения газа.
Таблица 15.3 — Основные параметры ГПА, используемых на КС
|
|
|
|
Номинальные значения |
||
|
|
|
|
Пода |
Степень |
|
Тип ГПА |
|
Давление |
Марка |
ча, млн м3/ |
сжатия |
Мощность, |
(завод-изготовитель) |
на выходе |
нагнетателя |
сут |
в одном |
кВт |
|
|
|
КС, МПа |
|
|
агрегате |
|
|
|
Привод от газового двигателя |
|
|
||
10 ГКН-1/25-55 |
|
5,5 |
— |
0,856 |
2,2 |
990 |
МК-8(25-43)-56 |
|
5,6 |
— |
1,538-5,28 |
2,24-1,3 |
2060 |
ГПА-5000/(33-44)-56 |
5,6 |
— |
6,9-8,5 |
1,47-1,27 |
3700 |
|
ДР-12/(35-46)-56 |
|
5,6 |
— |
8,04-13,3 |
1,6-1,24 |
5500 |
|
|
Привод от электродвигателя |
|
|
||
СТД-4000-2 |
|
5,6 |
280-12-7 |
11 |
1,25 |
4000 |
(Энергомаш) |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Привод от газовой турбины |
|
|
||
ГТН-6 (УТМ З) |
|
5,6 |
Н-6-56 |
20 |
1,23 |
6000 |
ГТН-6 (УТМ З) |
|
7,6 |
Н-6-76 |
19 |
1,23 |
6000 |
ГТК-10-4 (Н ЗЛ ) |
|
5,6 |
520-12-1 |
29 |
1,25 |
10000 |
ГГК-10-4 (Н ЗЛ ) |
|
7,6 |
370-18-1 |
37 |
1,25 |
10000 |
ГТК-16 (УТМ З) |
|
5,6 |
Н-16-56 |
52 |
1,25 |
16000 |
ГГК-16 (УТМ З) |
|
7,6 |
Н -16-76 |
52 |
1,25 |
16000 |
ГТК-16 (УТМ З) |
|
7,6 |
Н-16-76/1,25 |
52 |
1,25 |
16000 |
ГТК-16 (УТМ З) |
|
7,6 |
Н-16-76/1,37 |
40 |
1,37 |
16000 |
ГТК-16 (УТМ З) |
|
7,6 |
Н-16-76/1,44 |
32 |
1,44 |
16000 |
ГТН-25 (Н ЗЛ ) |
|
7,6 |
650-21-2 |
53 |
1,44 |
25000 |
ГПА-Ц-6,3 с |
|
|
— |
10 |
1,45 |
6000 |
авиационным |
|
5,6 |
||||
двигателем НК-12СГ |
|
|
|
|
|
|
П р и м е ч а н и еУТМ. |
З—Уральский турбомоторный завод им. К. Е. Ворошилова; |
|
НЗЛ—Невский машиностроительный завод им. В. И. Ленина
На магистральных газопроводах пропускной способностью более 10 млн м3/су т применяют центробежные нагнетатели с газотурбинным приводом или электроприводом.
Принцип работы центробежных нагнетателей аналогичен работе цент робежных насосов. Наиболее распространенным приводом нагнетателей на компрессорных станциях является газотурбинный. В состав газотур бинной установки входят (рис. 15.5): турбодетандер 1, редуктор 2, воз душный компрессор 3, блок камер сгорания 4, турбины высокого 5 и низ кого 6 давлений. Турбодетандер является пусковым двигателем установ ки, работающим на природном газе. Расчетная продолжительность пуска агрегата из холодного состояния— 15 мин. Турбодетандер 1 через редук тор 2 запускает в работу воздушный компрессор 3. Атмосферный воз дух засасывается компрессором и сжимается в нем до рабочего давления.
Рис. 15.5. Принципиальная схема установки ГТ-6-750:
1—турбодетандер; 2 —редуктор; 3 —воздушный компрессор; 4 —блок камер сгорания; 5—турбина высокого давления; 6 —турбина низкого давления
Далее сжатый воздух направляется в блок камер сгорания 4, где он на гревается за счет сжигания природного газа. Продукты сгорания направ ляются в газовую турбину (сначала высокого, а затем низкого давления), где они расширяются. Процесс расширения сопровождается падением давления и температуры, но увеличением скорости потока газа, исполь зуемого для вращения ротора турбины. Отработавший газ через выхлоп ной патрубок выходит в окружающую среду.
На газопроводах применяются газовые турбины мощностью от 2500 до 25000 кВт.
Начиная с 1974 г., на отечественных магистральных газопроводах в качестве привода центробежных нагнетателей начали применять авиа ционные двигатели, отработавшие свой ресурс. После относительно не большого числа часов работы их по соображениям безопасности поле тов снимают с самолетов. Однако они способны еще длительное время с большой надежностью работать на земле.
Недостатком газотурбинного привода является относительно не высокий КПД (не выше 30 %), а также высокое потребление газа на соб ственные нужды в качестве топлива.
В последние годы в качестве привода центробежных нагнетателей все шире используются электродвигатели А З-4500-1500, СТМ -4000-2, СТД-4000-2, СДСЗ-4500-1500. Они подключаются к нагнетателям через повышающий редуктор.
15.6. Аппараты для охлаждения газа
Необходимость охлаждения газа обусловлена следующим. При компримировании он нагревается. Это приводит к увеличению вяз кости газа и, соответственно, затрат мощности на перекачку. Кроме того, увеличение температуры газа отрицательно влияет на состояние изоля ции газопровода, вызывает дополнительные продольные напряжения в его стенке.
Газ охлаждают водой и воздухом. При его охлаждении водой исполь зуют различные теплообменные аппараты (кожухотрубные, ороситель ные, типа «труба в трубе»), которые с помощью системы трубопроводов и насоса подключены к устройствам для охлаждения воды. Данный спо соб охлаждения газа используется, как правило, совместно с поршневы ми газомотокомпрессорами.
На магистральных газопроводах наиболее широкое распростране ние получил способ охлаждения газа атмосферным воздухом. Для этой цели применяют аппараты воздушного охлаждения (АВО) газа различ ных типов.
Общий вид АВО показан на рис. 15.6. Конструктивно он представля ет собой мощный вентилятор с диаметром лопастей 2...7 м, который на гнетает воздух снизу вверх, где по пучкам параллельных труб движется охлаждаемый газ. Для интенсификации теплообмена трубы выполняют оребрениыми. В качестве привода вентиляторов используются электро двигатели мощностью от 10 до 100 кВт.
Достоинствами АВО являются простота конструкции, надежность работы, отсутствие необходимости в предварительной подготовке хлад агента (воздуха).
15.7. Особенности трубопроводного транспорта сжиженных газов
При сжижении природного газа, его объем при атмосферном давлении уменьшается примерно в 630 раз. Благодаря этому, можно зна чительно уменьшить диаметр трубопроводов для транспортировки боль ших объемов газа, получив значительную экономию капиталовложений.
Метан становится жидкостью при атмосферном давлении, если его охладить до минус 162 "С. При давлении 5 МПа он останется жидкос тью, если его температура не превысит минус 85 *С. Таким образом, трубо-
3700 |
3 7 6 0 |
дела нефтегазового Основы
проводный транспорт сжиженного природного газа (СПГ) возможен только при низких температурах.
Принципиальная схема перекачки сжиженного природного газа при ведена на рис. 15.7.
Газ с промыслов поступает на головной завод сжижения (ГЗС ), где
производится его очистка, осушка, сжижение и отделение неконденсирующихся примесей.
Вблизи от ГЗС или даже непосредственно на его территории разме щается головная насосная станция ГНС. В ее состав входят приемные ем
кости 2, подпорная 3 и основная 4 насосные, а также узел учета 5.
Емкости 2 служат для приема СПГ с завода, а также для хранения не которого его запаса с целью обеспечения бесперебойности работы трубо провода. Как правило, на ГНС устанавливаются горизонтальные цилинд рические емкости высокого давления.
Перекачка сжиженных газов осуществляется центробежными насо сами, но других типов, чем применяемые при перекачке нефти и нефте продуктов. Благодаря малой вязкости СПГ, мощность, потребляемая на сосами в этом случае меньше, чем при работе на воде. Но давление на вхо де в насосы должно быть значительно выше, чтобы предотвратить регази
фикацию СПГ. |
|
3 |
7 |
Рис. 15.7. Принципиальная схема перекачки сжиженного природного газа: 1—подводящий трубопровод; 2 —приемные емкости; 3—подпорная насосная; 4 —основная насосная; 5—узел учета; 6—магистральный трубопровод; 7 —регулятор типа «до себя*-; 8—буферная емкость; ГЗС—головной завод сжижения; ГНС—головная насосная станция; ПСО—промежуточная станция охлаждения; ПНС—промежуточная насосная станция; НХ СПГ—низкотемпературное хранилище СПГ, У Р —установка регазификацни
Перекачка сжиженного природного газа осуществляется под давле нием 4...5 МПа и при температуре минус Ю0...120°С. Чтобы предотвра тить нагрев газа за счет теплопритока от окружающей среды, трубопро воды СПГ покрывают тепловой изоляцией, а вдоль трассы размещают промежуточные станции охлаждения (ПСО). Промежуточные насосные станции (П Н С) располагаются на расстоянии 100...400 км друг от дру га. Это, как правило, больше, чем при перекачке нефти и нефтепродуктов, т. к. СПГ имеет меньшую вязкость.
Центробежные насосы очень чувствительны к наличию газа в пере качиваемой жидкости: при его содержании более 2% происходит срыв их работы, т. е. перекачка прекращается. Чтобы предотвратить регази фикацию СПГ в трубопроводах поддерживают давление, не менее чем на 0,5 МПа превышающее давление упругости его паров при темпера туре перекачки. Для этого на входе в промежуточные насосные станции и в конце трубопровода устанавливают регуляторы давления 7 типа «до себя». Кроме того, для отделения газовой фазы, которая может образо ваться в нештатных ситуациях (снижение давления при остановках насо сов, разрывах трубопровода и т. п.), перед насосами на насосных станциях устанавливают буферные емкости 8. В конце трубопровода размещаются низкотемпературное хранилище (Н Х СПГ) и установка регазификации (У Р) сжиженного газа. Низкотемпературное хранилище служит для соз дания запасов СПГ, в частности для компенсации неравномерности газопотребления. На установке регазификации СПГ переводится в газообраз ное состояние перед его отпуском потребителям.
По сравнению с транспортировкой природного газа в обычном состоя нии при перекачке СПГ общие металловложения в систему, включая го ловной завод сжижения, низкотемпературное хранилище, установку ре газификации, в 3...4 раза меньше. Кроме того, уменьшается расход газа на перекачку, вследствие низкой температуры снижается интенсивность коррозионных процессов.
Вместе с тем данный способ транспортировки газа имеет свои не достатки:
Для строительства линейной части и резервуаров применяются ста ли с содержанием никеля до 9 %. Они сохраняют работоспособность в условиях низких температур перекачки, однако в 6 раз дороже обычной углеродистой стали.
Перекачка СПГ должна вестись специальными криогенными насосами.
При авариях потери газа значительно больше, чем в случае его транспортировки по обычной технологии.
Кроме природного в сжиженном состоянии транспортируются и дру гие газы. Но наиболее широкое распространение получил трубопровод
ный транспорт сжиженных углеводородных газов (СУГ): этана, этилена, пропана, бутана и их смесей.
Основным сырьем для производства сжиженных углеводородных га
зов являются попутный нефтяной газ, «жирный» газ газоконденсатных месторождений и газы нефтепереработки. Название сжиженного углево дородного газа принимают по наименованию компонентов, оставляющих большую его часть.
Сведения о давлении упругости насыщенных паров некоторых ин
дивидуальных углеводородов приведены в табл. 15.4. Из нее видно, что условия сохранения СУГ в жидком состоянии значительно менее жест кие. Так, даже при 20 °С для сохранения жидкого состояния пропана до статочно поддерживать давление всего 0,85 МПа.
По этой причине сжиженные углеводородные газы, как правило, транс портируют при температуре окружающей среды. Соответственно, отпада ет необходимость в спецсталях для изготовления труб, резервуаров и обо
рудования, тепловой изоляции, промежуточных станциях охлаждения. Поэтому трубопроводы СУГ значительно дешевле трубопроводов СПГ.
С другой стороны, компоненты СУГ тяжелее воздуха. Поэтому при
регазификации данные газы занимают положение у поверхности земли, создавая взрывоопасную среду. Этим определяется высокая потенциаль ная опасность трубопроводов СУГ, когда даже небольшая утечка способ на привести к трагическим последствиям.
Таблица 15.4 — Зависимость давления упругости насыщенных паров углеводородов от температуры
Температура, * С |
|
Давление упругости паров, МПа |
|
||
этан |
пропан |
иэобутан |
н-бутан |
||
|
|||||
0 |
2,43 |
0,48 |
0,16 |
0,12 |
|
10 |
3,08 |
0,65 |
0,23 |
0,17 |
|
20 |
3,84 |
0,85 |
0,31 |
0,24 |
|
30 |
4,74 |
1,09 |
0,42 |
0,32 |