Трубопроводный транспорт, вид транспорта, осуществляющий передачу на расстояние жидких, газообразных или твердых продуктов по трубопроводам.
Трубопровод, сооружение из труб, соединенных чаще всего сварными, реже - фланцевыми, резьбовыми и др. стыками для транспортировки жидкостей, газов, суспензий, контейнеров и др. под действием разности давлений в различных сечениях. В зависимости от вида транспортируемого продукта трубопровод получает более узкое название: газопровод, нефтепровод, нефтепродуктопровод, конденсатопровод, углепровод, водопровод, аммиакопровод, трубопровод контейнерного транспорта и т.д.
ГЛАВА I
ЗАРОЖДЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА В РОССИИ (СССР)
Трубопроводный транспорт России имеет более чем вековую историю. У истоков создания трубопроводного транспорта был Д.И. Менделеев, считавший, что только строительство трубопроводов обеспечит надежную основу развития нефтяной промышленности и выведет российскую нефть на мировой рынок. Большой вклад в развитие нефтепроводного транспорта внесли В.Г. Шухов, С.Г. Войслав, К.И. Лисенко, Л.С. Лейбензон, М.И. Лазарев, И.П. Илимов и многие другие русские ученые, инженеры и изобретатели.
Появление трубопроводного транспорта связано с промышленным освоением нефтяных месторождений Баку и Грозного. В 60-е годы XIX столетия Бакинский район захлестывает нефтяной бум. Постоянные пожары, загрязнение жилых кварталов копотью и сажей заставили местные власти сосредоточить переработку нефти на удалении от города в так называемом Черном городе. Доставка нефти от промыслов к заводам Черного города осуществлялась в бочках и бурдюках на арбах.С 70-х годов бурдюки были вытеснены деревянными бочками емкостью 20-25 пудов. Этот способ доставки был чрезвычайно дорогим. Еще в 1863 году Д.И. Менделеев при посещении Баку рекомендовал построить трубопровод для перекачки нефти с промыслов на завод, что, по его мнению, позволило бы существенно сократить затраты на перевозку. Тогда предложение Дмитрия Ивановича Менделеева не было принято.В 1877 году в Баку открылось отделение Строительной конторы инженера, предприимчивого организатора технического производства, Александра Вениаминовича Бари, а главным инженером конторы становится Владимир Григорьевич Шухов. Со своими многочисленными идеями по применению новых технических средств и технологий А.В. Бари и В.Г. Шухов знакомят главу компании "Братья Нобель" Людвига Нобеля, действовавшего на нефтяном рынке Баку очень активно.Вскоре контора А.В. Бари получает подряд на строительство трубопровода от Балаханских промыслов к заводу Л. Нобеля в Черном городе пропускной способностью 80 тысяч пудов нефти в сутки. После подписания контракта 25-летний В.Г. Шухов получает полную свободу действий по проектированию и строительству этого трубопровода. Ему предстояло впервые в России спроектировать полный комплекс сооружений трубопровода и воплотить проект в жизнь.Поездка В.Г. Шухова в Америку накануне прибытия в Баку, безусловно, оказала влияние на эту работу. Ведь американцы практически осуществили идею Д.И. Менделеева, считавшего, что "необходимо, и даже крайне, проложить трубы и по ним вести сырую нефть до морских судов или до заводов, расположенных на море". Несколько позже Д.И. Менделеев писал по этому поводу: "Американцы будто подслушали: и трубы завели, и заводы учредили не подле колодцев, а там, где рынки, и сбыт, и торговые пути".Шухов активно приступает к организационным работам по подготовке к прокладке трубопровода. Трубы для нефтепровода были выписаны из Америки, поскольку по качеству, низкой цене, быстроте поставок они были вне конкуренции. Строительство трубопровода сопровождалось постоянным противодействием его противников - владельцев бондарных предприятий, контор по перевозке нефти и самих возчиков. Поджог строительного склада в Балаханах, нарушение целостности труб, множество других помех при строительстве вынуждают Л.Нобеля прибегнуть к таким мерам, как охрана трассы, перекупка возчиков.Трудности не сломили В.Г. Шухова, трубопровод был построен, и 1878 год вошел в историю как год строительства первого промыслового нефтепровода в России, а сам трубопровод явился родоначальником гигантской сети магистральных трубопроводов, эксплуатирующейся в настоящее время.В 1881 году В.Г. Шухов публикует свою работу "Трубопроводы и применение их в нефтяной промышленности", которая на многие десятилетия стала основным руководством по проектированию трубопроводов. К 1883 году общая длина нефтепроводов в Бакинском районе составила 96 км с общей пропускной способностью свыше 200 тысяч пудов нефти в сутки. Трубопроводы практически вытеснили все другие видыперевозок нефти.Одновременно со строительством промысловых трубопроводов обсуждается вопрос о дальнем транспорте нефти и нефтепродуктов по трубопроводам, поскольку с увеличением нефтедобычи в Баку все чаще и чаще возникали проблемы с отправкой нефти и керосина в другие районы России. Идея трубопровода постоянно обсуждалась среди прогрессивных ученых и политиков.К концу 1914 года общая протяженность нефте- и продуктопроводов в России составляла 1278,7 км. Для сравнения: в США общая протяженность трубопроводов составляла 14,000 км, в том числе магистральных 7,000 км. Уровень развития трубопроводного транспорта был явно не в пользу России, хотя уровень технической оснащенности был примерно одинаков.События, последовавшие после 1914 года, не были созидательными. Война, революция, вновь война, но уже гражданская, не способствовали строительству трубопроводов.С 1941 года нефтяная промышленность страны перестраивалась на военный лад. Фронт и тыл надо было обеспечить горючим, для этого следовало: во-первых, всемерно увеличить добычу нефти в старых нефтяных районах; во-вторых, резко повысить добычу нефти в новых нефтяных районах и, прежде всего, между Волгой и Уралом, а также на востоке.Особое место в истории трубопроводного транспорта занимает прокладка бензопровода по дну Ладожского озера. Этот трубопровод помог ленинградцам выдержать блокаду. Проект был подготовлен в сжатые сроки, поэтому многие узлы и элементы строили по эскизам. Он был сооружен за 43 дня – с 5 мая по 16 июня 1942 года. Ежедневно трубопровод подавал 400-600 тонн топлива в Ленинград. Бензопровод проработал без аварий более двадцати месяцев и отключен после снятия блокады.После войны интенсивный рост объемов нефтедобычи в районе между Волгой и Уралом и в новых районах требовал быстрейшего развития транспортных коммуникаций. Строятся новые нефтепроводы.К 1990 году изменившаяся политическая жизнь и экономические перемены привели к остановке строительства новых магистралей. В конце 1991 года с политической карты мира исчезает СССР. Пятнадцать новых государств разделили между собой общее имущество, в том числе и нефтепроводы. Единая нефтепроводная система осталась только в России. В некоторых странах - лишь часть магистральных нефтепроводов. Другие страны осуществляют транзит российской нефти.Происходит полная реорганизация нефтяной промышленности и в России.1992 год считается началом эпохи трубопроводного транспорта новой России.
ГЛАВА II
КЛАССИФИКАЦИЯ ТРУБОПРОВОДОВ
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ И ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ТРУБОПРОВОДНЫЙ ТРАНСПОРТ КОНТЕЙНЕРОВ
До недавнего времени перемещение жидких, сыпучих и газообразных материалов осуществлялось, как правило, железнодорожным, водным и автомобильным транспортом. Вместе с тем увеличивавшиеся с каждым годом объёмы перевозок указанных материалов начали требовать не только дальнейшего развития и совершенствования существующих транспортных систем, но и изыскания новых и эффективных способов транспортирования грузов, отличающихся простотой и высокими экономическими показателями.
В связи с этим большое значение стали иметь исследовательские и опытно-конструкторские работы в области трубопроводного транспорта контейнеров (ТТК). При этом исследуются два вида ТТК: напорный и безнапорный. В первом случае контейнеры транспортируются по трубопроводу под действием напора воды (гидравлический трубопроводный транспорт контейнеров(ГТТК)) или сжатого воздуха (пневматический трубопроводный транспорт контейнеров(ПТТК)). При безнапорном транспорте перемещение контейнеров осуществляется с помощью различного рода движителей или тяговых механизмов.
Лабораторные и опытно-промышленные испытания нового вида транспорта показали, что практическое применение ТТК позволяет не только освоить значительные грузопотоки, но и обеспечить при этом полную сохранность перевозимого груза и комплексную механизацию и автоматизацию всего транспортного процесса. Системам ТТК присуща универсальность, что даёт возможность одинаково успешно перемещать сыпучие, жидкие и другие материалы.
Стоит подчеркнуть, что в системах гидро- и пневмотранспорта можно обходиться без твёрдых оболочек—контейнеров; при этом перемещаемому грузу предварительно придаётся соответствующая форма (нерастворимые в несущей жидкой среде пастообразные цилиндрические бруски в системах гидротранспорта; специальные пробки, сформованные из перемещаемой среды, в системах пневмотранспорта).
Контейнерный трубопроводный гидро- и пневмотранспорт принадлежит к новым, быстро развивающимся видам промышленного транспорта. Основные преимущества этого вида транспорта — высокая пропускная способность, регулярность движения и высокая степень автоматизации, отсутствие помех других видам транспорта, независимость от погодных условий, исключение потерь грузов в пути.
Первые схемы контейнерного трубопроводного пневмотранспорта были предложены 150 лет назад в Англии. В 40-х гг. прошлого века в Англии, а затем во Франции были построены так называемые "атмосферические" дороги, на которых рельсовые или колёсные экипажи приводились в движение поршнем, перемещавшимся в трубопроводе с продольной щелью под действием нагнетания или отсасывания воздуха.
Низкая экономичность, конструкционное несовершенство, а также нерешённая проблема безопасности пассажиров—всё это привело к отказу от этого вида транспорта, и в дальнейшем развитие получило лишь пневматическое транспортирование капсул в трубопроводах малого диаметра—пневмопочта (1853 г.).
Следует отметить необычно широкую область возможного использования контейнерного трубопроводного пневмотранспорта — перевозка больших масс сыпучих грузов из карьеров к местам их переработки, транспортирование радиоактивных отходов атомных электростанций, внутризаводской транспорт, транспортирование грузов на торговых предприятиях.
ГТТК также обладает рядом несомненных преимуществ. Так, при ГТТК происходит частичное или полное обезвзвешение движущегося контейнера с грузом, что , в свою очередь, позволяет значительно снизить энергозатраты на перемещение груза и уменьшить износ трубопроводов по сравнению, например, с ПТТК или обычным гидротранспортом твёрдых сыпучих материалов в смеси с водой (пульпы). Немаловажное значение имеет и тот факт, что при использовании ГТТК полностью исключается применение различных тяговых или колёсных приспособлений.
По способу создания движущего перепада давления системы контейнерного трубопроводного пневмотранспорта могут быть напорными, вакуумными или напорно-вакуумными. При больших расстояниях транспортирования наиболее перспективными являются напорные системы. В системах гидротранспорта также применяются в основном напорные системы. По трубопроводу под действием перепада давления могут перемещаться единичные контейнеры, сцепки связанных друг с другом контейнеров, последовательность не связанных между собой единичных контейнеров или их сцепок.
В системах контейнерного пневмотранспорта цилиндрические контейнеры перемещаются либо на колёсах по рельсовому пути, проложенному внутри трубопровода, либо на специальном шасси, обеспечивающем центрирование контейнера и отсутствие вращения вокруг продольной оси.
В системах контейнерного гидротранспорта обычно различают контейнеры нейтральной плавучести, отрицательной плавучести (тяжёлые контейнеры) с массой, превышающей массу вытесненной ими жидкости, и положительной плавучести (лёгкие контейнеры). В первом случае контейнеры находятся в центральном положении, во втором и третьем случаях контейнеры скользят по нижней или верхней образующей трубопровода. В системах гидротранспорта в ряде случаев может оказаться целесообразной не цилиндрической, а сферическая или биконическая форма контейнеров. Такая форма контейнеров обладает определёнными преимуществами при перемещении контейнеров в трубопроводах с крутыми поворотами.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРУБОПРОВОДЫ
К технологическим трубопроводам относятся трубопроводы в пределах промышленных предприятий, по которым транспортируется сырье, полуфабрикаты и готовые продукты, пар, вода, топливо, реагенты и другие вещества, обеспечивающие ведение технологического процесса и эксплуатацию оборудования, а также межзаводские трубопроводы, находящиеся на балансе предприятия.
Технологические трубопроводы классифицируют по транспортируемому веществу, материалу труб, рабочим параметрам, степени агрессивности среды, месту расположения, категориям и группам.
1) по виду транспортируемой по ним продукции:
- газопроводы,
- нефтепроводы,
- водопроводы,
- воздухопроводы,
- продуктопроводы.
2)по виду движения по ним жидкостей:
- напорные трубопроводы;
- безнапорные (самотёчные) трубопроводы.
3)по виду сечения:
- трубопроводы круглого сечения;
- трубопроводы не круглого сечения (прямоугольные, квадратные и другого профиля).
4)по материалу, из которого они изготовлены:
- стальные (из углеродистой, легированной и высоколегированной стали);
- из цветных металлов и их сплавов (медные, латунные, титановые, свинцовые, алюминиевые);
- бетонные;
- чугунные;
- неметаллические (полиэтиленовые, поливинилхлоридные, стеклянные) и др.
5) По условному давлению транспортируемого вещества:
- вакуумные, работающие при давлении ниже 0,1 МПа;
- низкого давления, работающие при давлении до 10 МПа;
- высокого давления (более 10 МПа);
- безнапорные, работающие без избыточного давления.
6) По температуре транспортируемого вещества:
- холодные (температура ниже 0 ° С);
- нормальные (от 1 до 45 ° С) ;
- горячие (от 46 ° С и выше).
7) По месторасположению трубопроводы бывают
- внутрицеховые, соединяющие отдельные аппараты и машины в пределах одной технологической установки или цеха и размещаемые внутри здания или на открытой площадке;
- межцеховые, соединяющие отдельные технологические установки, аппараты, емкости, находящиеся в разных цехах.
МАГИСТРАЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ
Магистральными называют трубопроводы, предназначенные для дальнего транспорта жидких, газообразных и твёрдых сыпучих продуктов, от мест их добычи, получения, переработки (условная начальная точка трубопровода) к местам потребления (условная конечная точка).
Наиболее широко трубопроводы используются для перекачки природных газов, нефтей и нефтепродуктов, однако по трубопроводам перекачивают на большие расстояния и воду (магистральные водоводы), уголь в виде водных суспензий (углепроводы), расплавленную серу, инертные сыпучие материалы. На десятки километров транспортируют по трубам минеральную воду, молоко и другие продукты.
Наконец, нельзя не отметить, что своевременная и наиболее надёжная доставка горючего для снабжения быстро перемещающихся воинских частей может быть осуществлена в основном с помощью так называемых полевых нефтепродуктоводов. Этот способ доставки горючего используется в армиях и флотах многих стран.
Все перечисленные выше виды трубопроводов относятся к сухопутным трубопроводам, так как прокладываются по территории материка.
Увеличение мировой добычи нефти и газа в шельфах и акваториях океанов и морей потребовало прокладки магистральных трубопроводов под водой как с заглублением их в грунт, так и без заглубления. Такие трубопроводы называют морскими. Иногда магистральный трубопровод имеет морскую и сухопутную часть. Такой трубопровод называют сухопутно-морским.
Магистральный трубопровод — сооружение линейного типа, представляющее непрерывную трубу, вдоль которой размещаются сооружения, обеспечивающие перекачку транспортируемого продукта при заранее заданных параметрах (давлении, температуре, пропускной способности и т.п.). В отличие от других линейных сооружений, таких, как автодороги, железные дороги, магистральный трубопровод в течение всего срока эксплуатации находится в сложном напряжённом состоянии под воздействием внутреннего давления перекачиваемого продукта и работает как сосуд высокого давления.
Состав сооружений и их назначение зависят от вида транспортируемого продукта.
Магистральный трубопровод состоит из следующих комплексов сооружений:
- подводящие трубопроводы, связывающие источники нефти или нефтепродуктов с головными сооружениями трубопроводов. По этим трубопроводам перекачивают нефть от промысла или нефтепродукт от завода в резервуары головной станции;
- головная перекачивающая станция, на которой собирают нефть или нефтепродукты, предназначенные для перекачки по магистральному трубопроводу. Здесь проводят приёмку нефти (нефтепродуктов), разделение их по сортам, учёт и перекачку на следующую станцию;
- промежуточные перекачивающие станции, на которых нефть и нефтепродукт, поступающие с предыдущей станции, перекачивают далее;
- конечный пункт, где принимают продукт из трубопровода, распределяют потребителям или отправляют далее другими видами транспорта;
- линейные сооружения трубопровода, к которым относятся собственно трубопровод, линейные колодцы на трассе, станции катодной и протекторной защиты, дренажные установки, а также переходы через водные препятствия, железные и автогужевые дороги. Кроме того, к ним относятся вертолётные площадки, дома обходчиков, линии связи, грунтовые дороги, сооружаемые вдоль трассы трубопроводов.
Линейная часть трубопровода сооружается про трём конструктивным схемам: подземной, наземной и надземной.
Подземная схема составляет около 98% от общей длины всех построенных трубопроводов. По этой схеме трубы укладывают ниже естественной поверхности грунта.
Наземная схема предусматривает укладку труб на поверхность спланированного грунта или на грунтовое сплошное основание, устраиваемое из привозного грунта.
При надземной схеме трубопровод укладывают на опоры, размещаемые на определённом расстоянии друг от друга.
Для плотных грунтов наиболее удачной схемой является подземная. Она обеспечивает надёжную защиту труб от внешних воздействий, достаточно хорошо стабилизирует положение трубопроводы, обеспечивает его устойчивость, не изменяет вида рельефа, не создаёт никаких препятствий для сельскохозяйственных работ, движения транспортных средств. При подземной прокладке трубопровод и транспортируемый по нему продукт не подвергается резким перепадам температур, что имеет немаловажное значение для обеспечения технологической надёжности трубопровода.
Необходимость в наземной и надземной схемах прокладки магистральных трубопроводов возникла при строительстве в неблагоприятных грунтовых условиях. Особенно широко эти схемы стали применяться в условиях Севера на вечномёрзлых грунтах.
Для сокращения длины трубопровода при выборе направления трассы обычно стремятся придерживаться кратчайшей геодезической линии между начальными и конечными пунктами. Отклонения от генерального направления допускаются только тогда, когда их целесообразность доказана техническими расчётами.
Хотя магистральный трубопровод и представляет собой непрерывную нитку, однако он имеет устройства, позволяющие отсекать отдельные его участки в случае возникновения аварийных ситуаций с целью ограничения объёма потерь транспортируемого продукта и уменьшения ущерба, наносимого природе при вытекании продукта из разрушенного участка.
На нефтепроводах устанавливают задвижки, а на газопроводах — краны. Задвижки и краны – это важные узлы трубопровода. От их надёжности и безотказной работы зависит размер возможных потерь продукта при авариях, уровень вредного его воздействия на окружающую среду.
Важными элементами линейной части трубопровода являются также различного рода узлы и детали: тройниковые соединения, переходы с одного диаметра на другой (переходник), устройства запуска очистных приборов (скребки, шары, поршни и т. д.) и их выхода из трубы.
Заключение
Водопроводный транспорт обладает большим количеством преимуществ и, следовательно является перспективным видом транспорта. Назначение трубопроводов с каждым годом расширяется—от транспорта горючих газов и нефтей до продуктов питания. Область их применения охватывает все районы территории РФ и стран СНГ—от центральных, хорошо освоенных, до областей, где трубопроводы практически являются одним из первых объектов инженерной деятельности человека. К таким районам относятся районы Крайнего Севера, пустыни. Трубопроводы пересекают горы и реки, непроходимые болота и топи.
В настоящее время и в обозримом будущем только они смогут обеспечить непрерывную доставку нефти и газа в центральные районы страны. Поэтому необходимо постоянное совершенствование методов проектирования, строительства и эксплуатации трубопроводов с целью повышения их надёжности и эффективности, снижения энергозатрат на перекачку, затрат материальных и трудовых ресурсов на сооружение, сокращения времени строительства, увеличение срока службы без капитального ремонта (на данный момент срок эксплуатации трубопроводного транспорта составляет приблизительно 20 лет), уменьшения или полного устранения вредного воздействия на природу, её растительный и животный мир.